Text
ОНТИ • 1938
СПРАВОЧНАЯ КНИГА
ОПТИКО-МЕХАНИКА
СПРАВОЧНАЯ ННИГА
ОПТИКО-МЕХАНИНА
Цена 11 руб. Перепл. 1 р. 50 к.
СПРАВОЧНАЯ КНИГА
ОПТИКО-МЕХАНИКА
ОНТИ • Н КТП • СССР
ГЛАВНАЯ РЕДАКЦИЯ ЛИТЕРАТУРЫ
ПО МАШИНОСТРОЕНИЮ И МЕТАЛЛООБРАБОТКЕ
ЛЕНИНГРАД 1936 МОСКВА
Под редакцией проф. Л. Г. Титова
ЧАСТЬ ПЕРВАЯ
МС-80-5-5
„Справочная книга оптико-механика“, являющаяся в миро¬
вой литературе первым изданием подобного рода, имеет
целью оказать помощь в работе инженерам, техникам, науч¬
ным сотрудникам, работающим в оптико-мехавической про¬
мышленности, студентам втузов, а также многочисленному
контингенту лиц, применяющему в лабораториях оптические
приборы. Все разделы книги написаны специалистами, имею¬
щими большой стаж работы в научных институтах и на за¬
водах.
„Справочная книга* делится на 2 части:
Часть I содержит общие теоретические положения из
области оптики и подробные описания оптических приборов.
Часть II посвящена деталям конструкций оптико-механи¬
ческих приборов и технологии оптико-механического прибо¬
ростроения (материалы, обработка деталей, сборка, отделка,
специальные машины и контрольно-измерительные инстру¬
менты).
2-я типография ОНТИ им. Евг. Соколовой. Ленинград, ир. Красных Командиров, 29.
Ответствен, ред. С. А. Харитонов.
Сдана в набор 23/VII 1936г.
Формат 62X94. МС-80-5-5.
Тип. зн. в 1 бум. л. 98.304.
Ленгорлит № 20246.
Тираж 5.000. Учет.-авт. л. 50,6.
Технический ред. Р. С. Певзнер*
Подписана к печати 17/IX 1936 г.
Изд. № 6/л. Бум. л. 237з*
Заказ № 3730.
Авторы (по алфавиту):
Инж. Александров И. E., инж. Андин И. А., инж. Бардин A. H.,
инж. Бураго A. H., инж. Вандель Г. H., научн. сотр. Варгин
В. В., проф. Воано А. Г., научн. сотр. Гаврилов В. А., проф.
Гассовский Л. H., акад. Гребенщиков И. В., инж. Гуляев Л. П.,
действ, член ГОИ Демкина Л. И., инж. Зубрилин П. П., инж.
Иванов Г. М., инж. Кантор О. М., инж. Касименко М. Г1.,
проф. Качалов H. H., инж. Кон А. А., инж. Кругер М. Я.,
инж. Кулибанов Н. А., доц. инж. Кутай А. К., инж. Лебе¬
дев И. В., канд.техн. наук Легун С. Ф., проф. Марков A.B.,
инж. Опрокундин И. А., инж. Пляцкий В. М, пооф. Приле¬
жаев А. И. (ум.), действ, член ГОИ Раутиан Г. H., инж.
Резунов М. А., докт. физич. наук Слюсарев Г. Г., инж. Смир¬
нов В. H., инж. Солодилов K. E., действ, член ГОИ Стожа¬
ров А. И., инж. Сулим В. А., инж. Сумцов А. Я., проф. докт.-
инж. Титов 41. Г., инж. Триус-Александров И. М., инж. Туры-
гин И. А., инж. Харитонов С. А., инж. Хоменко Б. Б., инж.
Цуккерман С. Т., научн. сотр. Шошин И. А., научн. сотр.
Юдин Е. Ф., инж. Юрге В. Ф.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр.
Предисловие 5
Оптика
Глава I. Геометрическая оптика. — Г. Г. Слюсарвв 9
Глава II. Физическая оптика 66
Глава III. Физиологическая оптика. — Л. Н. Гассовский 105
Оптико-механические приборы
Глава IV. Приборы для военных надобностей. — К. Е. Солодалов. 139
Глава V. Геодезические приборы 181
Глава VI. Фотограмметрические приборы и камеральная аппара¬
тура 190
Глава VII. Полевые съемочные приборы фотограмметрии. — Г.Н.
Вандель 207
Глава VIII. Приборы для астрогеодезии, мореходной навигации,
аэрологии и авиатехники. — А. Н’ Бураго 226
Глава IX. Астрономические приборы. — А. В. Маркое 254
Глава X. Фотографическая аппаратура. — А. И. Прилежаев . . . 288
Глава XI. Киноаппаратура.— Г. М. Иванов 349
Глава XII. Приборы для проекции.—Л. Г. Титов 392
Глава XIII. Осветительные приборы. — Е. Ф. Юдин 409
Глава XIV. Лупы и микроскопы. — Л. Г. Титов 430
Глава XV. Стереоскопы. — Л. Г. Титов 537
Глава XVI. Колориметрические приборы.—Г. Н. Раутиан . . . 542
Глава XVII. Рефрактометрические приборы. — Г. Н. Раутиан . . 554
Глава XVIII. Фотометрические приборы. Г. Н. Раутиан 565
Глава XIX. Спектральные приборы. — Г. Н. Раутиан. . . - ... 579
Глава XX. Поляризационные приборы. — В. А. Гаврилов 606
Глава XXI. Светофильтры. — Л. И. Демкина 617
Глава XXII. Приборы для коррекции, защиты и исследования гла¬
за. — Л. Н. Гассовский 626
Глава XXIII. Интерференционные приборы. — Л. Г. Титов 683
Глава XXIV. Приборы для измерения геометрических величин (длин,
углов, профилей и пр.) 704
ПРЕДИСЛОВИЕ
Мысль об издании „Справочной книги оптико-механика“, под¬
держанная и оформленная Главной редакцией литературы по
машиностроению и металлообработке, вполне современна. Быстрое
развитие оптико-механического приборостроения в послевоенный
период как у нас, так и за границей — факт, имеющий большое
значение для техники вообще. Оптические приборы нашли себе
весьма широкое применение во всех областях техники, повысили
точность и обоснованность производственных процессов.
Специфические методы оптического производства и выработан¬
ные ими данные для точного приборостроения, особенно для тех
случаев, когда необходимо производить точные отсчеты и изме¬
рения, являются универсальными методами, непрерывно совер¬
шенствуемыми оптико-механикой и заходящими себе применение
в других областях техники. Это создает повышенный интерес ко всем
их результатам и особенностям.
Авторы „Справочной книги“—специалисты, работающие в от
дельных областях оптотехники и имеющие богатый научно-кон-
структивный и производственный опыт. В силу этого все сообщае¬
мые ими сведения даются с достаточными подробностями и обо¬
снованы практикой.
Книга имеет следующее построение.
Часть I. А. Главнейшие сведения по основным разделам
оптики (геометрической, физцческой и физиологической).
Б. Систематика и описание главнейших типов оптико-механи¬
ческих приборов, в частности измерительных приборов, приме¬
няемых в точной механике.
Часть II. А. Основные сведения из технологии сборки,
выверки и испытания оптико-механических приборов.
Б. Конструктивные формы узлов и деталей оптико-механиче¬
ских приборов.
Эти данные имеют общее значение для техники приборострое¬
ния, особенно в тех областях, где сложные механизмы* должны
передавать отсчеты или устанавливать точные взаимодействия
в движущихся и неподвижных частях приборов.
В. Сведения о материалах, применяемых в точных приборах
(металлические и неметаллические), а также подробные данные
об отделке металлических тюверхностей приборов.
5
Г. Технология оптического стекла с описанием специальных
приборов, применяемых в производстве, а также специальных
машин.
Д. Специальные нормы, не содержащиеся в ОСТах и DINax,
выработанные для оптико-механической промышленности.
Таким образом „Справочной книгой“ охвачены почти все
специальные вопросы, с которыми приходится встречаться инже¬
неру и научному работнику в технике прецизионного приборо¬
строения.
Нельзя конечно считать, что как в общем построении книги,
так и в отдельных ее главах не сделано никаких пропусков.
В оптико-механике есть целый ряд вопросов, настолько еще не
оформленных, что помещение их в „Справочной книге“ было бы не¬
целесообразным. Более того, сама задача составления такой книги
потребовала не мало времени и работы для систематизации и
оформления многих данных, пока еще разрозненных и составляю¬
щих достояние лишь небольших групп специалистов, и материалов,
нередко разработанных впервые. В последнем мы видим одну из
полезных сторон работы по составлению и изданию настоящей
книги. Следует еще добавить, что в мировой литературе до сего
времени не появлялось изданий, в которых бы вопросы, трак¬
туемые в „Справочной книге“, излагались с достаточными под¬
робностями; настоящее издание следовательно является первым
опытом в данном направлении.
Можно заранее указать на ряд недостатков. Так например:
1) Не проведено единство обозначений в формулах и рисунках.
Этот вопрос хотя и подвергался неоднократно обсуждению, но
до сих пор не получил окончательного разрешения. Поэтому ав¬
торам была предоставлена возможность пользоваться привычными
обозначениями. 2) По ряду причин не удалось дать исчерпываю¬
щего перечня литературы по всем вопросам, затрагиваемым в книге.
3) Расположение материала в отдельных главах не однотипно,
что объясняется большой разнородностью трактуемых вопросов.
Читатели поэтому должны быть снисходительными ко всем тем
недостаткам в части полноты и качества изложения, которые не¬
избежно имеют место в каждом ковом деле. С помощью читате¬
лей они могут быть исправлены в следующем издании. Все эти
недостатки не умаляют однако значения самого содержания, кото¬
рое, как мы надеемся, несмотря на крайне сжатую форму, доста¬
точно освещает основные вопросы, связанные с оптическим при¬
боростроением.
Всесоюзный трест оптико-механической промышленности
(ВООМП*), концентрировавший всю работу по составлению „Спра¬
вочной книги“, несомненно выполнил весьма важную для про¬
мышленности задачу.
Редактор проф. Л. Г. Титов.
ОПТИКА
Г. Г. Слюсарев
Глава I
ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ОПТИКА
§ 1. Основные понятия геометрической оптики
Геометрическая оптика построена на понятии светового луча
и на законах его распространения. Понятие светового луча ус¬
ловно, но оно позволяет на чисто геометрических началах
строить теорию, объясняющую все явления, происходящие при
прохождении света через оптические системы, за исключением
явлений дифракции (см. гл. II), которые вводят поправку к ре¬
зультатам, полученным на основе теории геометрической оптики.
Элементарный опыт показывает, что в однородной среде вся¬
кое светящееся тело испускает световую энергию по всем направле¬
ниям прямолинейно. Любое направление, по которому распростра¬
няется энергия, называется лучом. Вся теория образования
изображений через оптические системы может быть построена
на основании одного только закона, определяющего поведение
луча на границе двух средин. Энергетические соотношения (фото¬
метрия) требуют еще введения добавочного положения о незави¬
симом распространении лучей.
Законы преломления и отражения. Световая энергия, пере¬
ходя из одной среды в другую, частью отражается, частью пере¬
ходит в другую среду. В случае, когда граница перехода из одной
среды в другую гладка (отполирована), т. е. имеет достаточно
большой (по сравнению с длиной волны) радиус кривизны на рас¬
сматриваемом ее участке, падающий луч разделяется на два луча:
один отраженный, другой преломленный. При этом направление
обоих и распределение энергии между ними связано только с на¬
правлениями падающего луча и направлением нормали к элементу
поверхности раздела, на котором луч пересекает границу. Рас¬
пределение энергии между отраженным и преломленным лучами
рассматривается в § 13. Направления обоих лучей определяются
законами Декарта (см. гл. II).
Закон преломления может быть иллюстрирован рис. 1 итабл, 1,
дающей угол преломления if как функцию от угла падения и
9
Таблица 1
V
от отношения показателей преломления п. Для последней вели¬
чины приняты значения 1,5; 1,6 и 1,7, что соответствует пере¬
ходу светового луча из стекла
различных сортов в вбздух.
Углы как видно из табли¬
цы, меняются почти пропор¬
ционально углам iv Отступ¬
ления от пропорционально¬
сти/'—niv указываемые так¬
же в таблице, очень быстро
растут с увеличением угла
падения iv приблизительно
пропорционально кубу этого
угла.
Полное внутреннее от¬
ражение. Если ttjn' > 1, то
формула:
доказывает, что при углах i бблыних iQ, определяемого из условия
угол if не существует. В этом случае луч полностью отражается.
Угол /0 называется углом полного внутреннего отражения. Он
зависит только от отношения показателей njn\ Табл. 2 дает эту
зависимость.
§ 2. Параксиальная оптика
Центрированные системы. Оптическая система называется цент¬
рированной, если она удовлетворяет двум условиям: 1) она сим¬
метрична относительно оси (оптической оси системы); 2) кривизна
оптических поверхностей на оси конечна. Присутствие оборачи-
10
вающих призм или зеркал, нарушая геометрическую симметрию,
в большинстве случаев (за исключением призм Дове и им подоб¬
ных) не нарушает оптической симметрии (призменные бинокли,
дальномеры, перископы). Все применяющиеся оптические системы,
за редкими исключениями (цилиндрические линзы, очки для астиг¬
матов), центрированы, так как вообще говоря только такие си¬
стемы могут дать резкие изображения плоских предметов, не
нарушая подобия между предметом и изображением; при этом они
должны быть специально рассчитаны с этой целью; в общем же
случае изображения получаются размытыми и искаженными.
Таблица 2
Однако при достаточно малом отверстии системы, при доста¬
точно малых размерах предмета, расположенного на оптической
оси системы, изображение становится вполне резким и подобным
предмету. Законы оптики, относящиеся к этому предельному
случаю, когда рассматривается только бесконечно малая область
около оптической оси, называются законами параксиальной, или
гауссовой,1 оптики. При выводе законов параксиальной оптики
волновая природа света не принимается во внимание, или, что
то же самое, предполагается, что длина волны световых колеба¬
ний бесконечно мала (см. § 12).
Обозначения /и правила знаков. Соотношения между поло¬
жением и величиной объекта и положением и величиной соответ¬
ствующего ему изображения, образуемого оптической системой,
могут быть выведены на основании единственного предположения
о том, что между углами с нормалью падающего и преломленного
лучей i и ir существует функциональная зависимость /'=/(/)
любого вида ^ с единственным условием, что при ix = = 0
не равна нулю^. Пусть (рис. 2): ОМ—сечение бесконечно ма¬
лого элемента поверхности, отделяющей две среды с показателями
1 C. F. Gauss, Dioptrische Untersuchungen, Gött. Abh., 1838 — 1841.
11
п и пг\ ОС — &сь системы; О— центр кривизны поверхности ОМ;
MS— падающий луч, пересекающий ось в точке 5 под углом и;
MC—нормаль в точке М, образующая угол <р с осью и угол i
с лучом MS. Все углы и, i и 9 бесконечно малы вместе с эле¬
ментом ОМ системы. Рас¬
стояние OS обозначаем s;
ОС = MC = г; расстояние
НМ = h. Соответственные
величины для преломленного
луча обозначаем теми же
буквами, но со штрихом: s',
и\ ir.
Точка О, вершина по¬
верхности, служит началом
отсчетов; отрезки, кончаю¬
щиеся справа от О, счита¬
ются положительными, сле¬
ва от О— отрицательными.
Ординаты точек, лежащих
над осью ОС, считаются по¬
ложительными, под осью —
отрицательными. Углы и и ср считаются положительными, если луч
и нормаль лежат во втором или четвертом квадранте относительно
своих точек пересечения с осью ОС. Угол i — положительный, если
нормаль MC (начало М) должна быть повернута в сторону движе¬
ния часовой стрелки, чтобы совпасть с направлением луча MS.
Преломление через одну поверхность. Из зависимости /' = /(/),
в предположении что углы /, и, uf бесконечно малы, можно
вывести основную формулу гауссовой оптики:
Рассмотрим бесконечно малый отрезок (объект) ST=l, пер¬
пендикулярный к оси; пусть S' Т' = V — соответственный отрезок
(изображение) после преломления. Величины / и V связаны соот¬
ношением:
(закон Лагранжа — Гельмгольца).
Формулы (1) и (2) вполне определяют положение преломлен¬
ного луча, а также положение и величину изображения любого
источника света, расположенного бесконечно близко к оси.
Преломление через несколько центрированных поверхностей.
Пусть (рис. 3) ОкМкУ Ок + 1Мк^± —поверхности с номером k
12
Рис. 2,
а)
(2)
или:
и A-j-1; расстояние вершин оА> Ол + 1 обозначается буквой dk.
При переходе от поверхности к на поверхность
Sk + l~Sk dk. (3)
Применяя ко всем поверхностям последовательно формулы (1)
и (3), можно рассчитать положение изображения точки на оси
системы.
Центрированные системы обла¬
дают следующими свойствами,
присущими одной преломляющей
поверхности. Точки, прямые и
плоскости соответственно изо¬
бражаются точками, прямыми и
плоскостями; плоскости, перпен¬
дикулярные оси, изображаются
плоскостями, тоже перпендикуляр¬
ными оси; изображение плоского
объекта, лежащего в плоскости,
перпендикулярной оси, подобно
предмету; отношения, определяю¬
щие положение изображения по
положению предмета, имеют тот же вид, что и для случая одной
поверхности, при условии введения понятия главных плоскостей.
Главные плоскости НН, Н'Н' изображают друг друга с уве¬
личением 1, т. е. все точки одной из них Л1гМ2МгМА изобра¬
жаются на другой М/М^М/М/ таким образом, что параллель¬
ным смещением одной из главных плоскостей можно привести
Рис. 3.
каждую точку одной из них в совпадение со своим изображением
на другой (рис. 4).
Существует только одна пара главных плоскостей. Их поло¬
жение определяется следующим образом. Рассматривают луч LXMV
13
Рис. 4.
. распространяющийся параллельно оси по направлению света.
После преломления луч занимает положение MFr’. Пересечение М
падающего луча с преломленным находится на так называемой
задней главной плоскости. Ее изображение через оптическую
систему является передней главной плоскостью.
Фокальные плоскости и фокусные расстояния* Фокальными
называются две плоскости, изображения которых отброшены на
бесконечность; их существование для случая одной поверхности
вытекает из соотношения (1), если:
пг / / ч
—- (S = со)
и если:
Точки пересечения F и Fr первой и второй плоскостей с’опти-
ческой осью называются передним и задним фокусами системы.
В случае одной поверхности обе главные плоскости совпадают
с плоскостью, касательной к поверхности в вершине ее (на оси).
Существование главных плоскостей и фокусов в случае систем из
любого числа поверхностей доказывается переходом от системы
с k—1 поверхностями к системе с k поверхностями. {
Построение изображения, даваемого центрированной опти¬
ческой системой. Для определения связи между положением
объекта и положением изображения достаточно знать только^поло-
жеиие главных плоскостей и фокусов системы.
J /
Рис. 5.
Для определения положения изображения точки достаточно
построить ход двух лучей, исходящих из точки предмета. Свой¬
ства главных плоскостей и фокусов позволяют строить изобра¬
жение двумя лучами. Один из лучей, идущий из точки предмета
параллельно оси AM (рис. 5), выходит из системы через точку Мг —
изображение точки М—и через Ff— задний фокус системы.
14
Луч, идущий из Л и проходящий через F — передний фокус
системы, — пересекает переднюю главную плоскость Н в точке ЛГ
и выходит через точку N' — изображение точки N—параллельно*
оси по направлению N'P'. Пересечение лучей M'F* и N'P* — точка
А' — является изображением точки А.
Это построение позволяет получить координаты изображения,
зная координаты предмета.
Расстояние FB от фокуса до проекции В точки на ось системы
обозначим х, считая это расстояние положительным, если В лежит
вправо от F. Расстояние F'Br от фокуса до проекции на ось*
точки изображения В' обозначим через xf, считая его положи¬
тельным, когда В' лежит вправо от F'.
Расстояние HF от передней главной плоскости до F перед¬
него фокуса называется передним фокусным расстоянием системы;,
оно положительно, если фокус находится вправо от соответствую¬
щей главной плоскости. Расстояние H'F' называется задним фо¬
кусным расстоянием; оно положительно, если фокус лежит вправо
от задней главной плоскости.
Величины х9 х', f и f связаны следующей основной зависи¬
мостью:
За начало отсчетов абсцисс берут еще главные плоскости.
Обозначая расстояние НВ через £, НГВГ — через £' с теми же
правилами знаков, что и раньше, получаем:
Формулы (4) и (5) вытекают одна из другой.
Определение ординаты изображения производится по одной
из формул (6) (рис. 5):
Весьма важен частный случай, когда /=—f [крайние среды
имеют один и тот же показатель преломления, см. формулу (8)].
Тогда вместо формул (4) и (5) можно писать:
Пример. Пусть х = 16 мм; / = 13 мм; /= —14 мм; /' = 25 мм.
Требуется найти положение изображения.
Абсцисса:
Ордината:
Свойства фокусных расстояний. Из определения фокусного
расстояния следует, что (рис. 4 и 5):
отношение /'//— —п'/п. Этот закон обобщается на случай лю¬
бого числа поверхностей:
Фокусные расстояния системы из двух компонентов, имею¬
щих соответственно фокусные расстояния fx и //, /2 и // с
расстоянием А между задним фокусом первого компонента и пе¬
редним фокусом второго, вычисляются по формуле:
Расстояние от задней главной плоскости второго компонента
до заднего фокуса всей системы X' вычисляется по формуле:
Расстояние от передней главной плоскости первого компо¬
нента до переднего фокуса всей системы определяется формулой:
В случае систем с большим количеством поверхностей удоб¬
нее всего найти положение фокусов и главных плоскостей, рас¬
считывая последовательно положение фокуса после каждой
поверхности.
Удобно вместо величин s и s' ввести углы u : u-fifs,
и! — h\sr. Тогда основная формула:
где h и Ы — высоты пересечения лучей, идущих параллельно оси,
первый — в прямом ходе, т. е. со стороны предмета, второй —
в обратном ходе, т. е. со стороны изображения, с соответственными
главными плоскостями, аки и' — углы, образуемые с осью лучами
после преломления через всю систему (рис. 4).
В случае системы из одной поверхности:
принимает вид:
(Щ
Для поверхности с номером k имеем:
Кроме того для перехода от поверхности с номером k к по¬
верхности с номером £-{-1:
где dh — расстояние между поверхностями k и k-{-\ (рис. 3).
Формулы (13) и (14) позволяют рассчитать ход луча через любую
центрированную систему. Отношение hxjupr, где р — номер послед¬
ней поверхности — дает фокусное расстояние f системы; вели¬
чина hpjuj — абсциссу задней главной плоскости относительно
последней поверхности.
Увеличение. Формулы для трех родов увеличения легко вы¬
водятся из геометрического построения изображения (рис. 5).
Линейное увеличение:
Угловое увеличение:
Продольное увеличение, т. е. отношение длины изображения
В'С = d\r бесконечно малого элемента оси BC=d\ к длине
последнего:
К этим формулам можно добавить формулу Лагранжа-Гельм-
гольца:
Последняя формула особенно удобна для определения увели¬
чения в любой среде оптической системы, если уже имеется расчет
хода параксиального луча.
Таблица: положение изображения и увеличение в зависи¬
мости от положения предмета. Когда предмет движется в поло¬
жительном направлении от бесконечности (слева от системы) к бес¬
конечности (справа от системы), положение изображения и увели¬
чение меняются согласно табл. 3.
Телескопические системы. Среди оптических систем имеются
такие, у которых нет ни главных плоскостей ни фокальных пло-
2 Зак. 3730, Справочн. кн. оптико-механика. 17
Таблица 3
скостей. Они называются телескопическими и обладают особыми
свойствами.
Телескопическая система может быть разбита на два компо¬
нента, причем передняя фокальная плоскость второго из них
совпадает с задней фокальной плоскостью первого (Л = 0). Пусть /х
и //» Л и А' — фокусные расстояния первого и второго компо¬
нентов. Согласно формуле (9) фокусное расстояние всей системы
бесконечно велико.
Основные свойства телескопической системы (рис. 6):
1) всякий параллельный пучок, падающий на систему, выходит
из системы параллельным;
2) угловое увеличение телескопической системы wfjw постоянно
(не зависит от положения предмета) и равно ^ = ////2; всякий бес¬
конечно удаленный объект (солнце, звезды, удаленные земные пред-
IS
Рис. 6.
меты), рассматриваемый через телескопическую систему, виден под
углом, увеличенным в у раз, т. е. кажется ближе в у раз;
3) линейное увеличение ß также постоянно и равно обратной
величине углового.
К телескопическим системам принадлежат астрономические
и геодезические трубы, бинокли, перископы, всякие зрительные
трубки и т. д.
Частнь/е случаи центрированных систем. Линзы в воздухе.
Если линза очень тонка, т. е. если можно пренебречь ее толщиной
по сравнению с ее фокусным рас¬
стоянием, получаются следующие
соотношения, определяющие по¬
ложение изображения по поло¬
жению предмета.
Пусть (рис. 7) 5 и s' — рас¬
стояния от линзы до предмета
и до изображения; f — заднее
фокусное расстояние линзы; п —
показатель преломления стекла; гх и г2 — первый и второй радиусы
кривизны.
Рис. 7.
Величина f определяется по формуле:
(18)
(19)
У бесконечно тонкой линзы главные плоскости совпадают
с линзой. Если система состоит из нескольких тонких линз, удобно
заменить формулу (18) формулой:
(20)
где dk — расстояние между линзами с номерами h и k -{-1.
Линза конечной толщины. Пусть (рис. 8) sH— расстояние ОН
передней поверхности линзы до передней главной плоскости;
sHr — расстояние О'Н' второй поверхности линзы до задней главной
плоскости; sF — расстояние OF первой поверхности линзы до пе¬
2* 19
где и и и' — углы с осью луча, проходящего через предмет и пере¬
секающего линзу на высоте h\ <р = 1 jf называется оптической си¬
лой линзы.
Расчет луча через систему из тонких линз производят по сле¬
дующим двум формула^ применяя их последовательно к каждой
линзе:
реднего фокуса; spf — расстояние CfFr второй поверхности линзы
до заднего фокуса; d — толщина ООг линзы.
Основные элементы и точки линзы определяются из формул:
Рис. 8.
Расстояние между главными плоскостями ННГ равно прибли¬
женно d^\ ~ j и не зависит от формы линзы. Последняя фор-
fd
мула пригодна только тогда, когда отношение мало.
Г\.Г2
Положение главных плоскостей в нескольких типичных
линзах. В табл. 4 приведены величины, определяющие положения
фокусов и главных плоскостей для ряда линз различной формы,
одинаковой толщины d— 10 и одинакового „тонкого“ фокусного
расстояния /0'= 100, т. е. удовлетворяющих условию:
В таблице даны величины: $я, sHf, sF> sF' и кроме того рас¬
стояние Htf между главными плоскостями и истинное фокусное
расстояние ? линзы. Форма линзы определяется отношением r2jrv
20
Таблица 4
Система из двух бесконечно тонких линз в воздухе*
Если F' — фокусное расстояние всей системы, // и /2'— задние
фокусные расстояния компонентов и d — расстояние между ними,
то:
Расстояние от первой линзы до переднего фокуса всей системы
и расстояние от второй линзы до заднего фокуса всей системы
определяются формулами:
Теория коллинеарности (Аббе). Вся теория параксиальной
оптики центрированных систем может быть выведена на основании
одной единственной предпосылки, которую можно считать уста¬
новленной опытным путем: все лучи, исходящие из одной точки
пространства предметов, сходятся в одну точку пространства изо¬
бражений. Это предположение вызывает два следствия: изобра¬
жение всякой прямой есть прямая линия; изображение всякой
плоскости есть плоскость.
Эти положения определяют вид зависимостей, существующих
между координатами точек предмета и координатами соответ¬
ствующих точек изображения. Анализ этих зависимостей, линей¬
ного вида, приводит ко всем законам, связывающим положение
и величину предмета с положением и величиной изображения, при¬
веденным в настоящей главе.
При этом нужно помнить, что основная предпосылка теории
коллинеарности оправдывается в геометрической оптике только
21
тогда, когда отверстие оптической системы уменьшено до предела,
а размеры источника света и его расстояние до оси бесконечно
малы. Законы коллинеарной или параксиальной оптики в реальных
системах только приближенны, и целью конструктора должен
быть расчет оптической системы, свойства которой по возмож¬
ности ближе подходили бы к свойствам, выведенным для всех
оптических систем в параксиальной области.
§ 3. Формулы расчета хода лучей через оптическую систему
Луч в меридиональной плоскости. Принято называть мери¬
диональной плоскость, содержащую ось оптической системы
и объект (светящуюся точку).
В этом параграфе применены
те же правила знаков и обозна¬
чения, что и в начале § 2.
Падающий луч MS (рис. 9),
пересекающий поверхность ОМ
в точке Му пересекает ось в
точке S, причем OS = s; ОС =
= = MSÖ === и; МСО ==
= ср; CMS—i. Все углы и
отрезки в случае рис. 9 поло¬
жительны.
Падающий луч определяет¬
ся координатами s и и, прелом¬
ленный— координатами s' и и'.
Положение отраженного луча определяется формулами:
Если радиус г очень большой, применение последней из фор¬
мул (25) приводит к неточным результатам. Тогда вводят
22
Если радиус г—со, т. е. поверхность плоская, применяют
формулы:
стрелку ОН=а (рис. 2) и вычисляют s' по следующим фор¬
мулам:
(27)
которые заменяют четвертую формулу из группы (25).
Переход от одной сферической поверхности к последующей
сферической совершается с помощью формул:
dk— расстояние между вершинами поверхностей k и значок
у букв г, s, А или d обозначает номер поверхности, к которой
данная величина относится.
Переход от сферической поверхности k к плоской k -{- 1 делается
по формуле:
Для перехода от плоской поверхности с номером k к сфери¬
ческой с номером k 4-1 применяется формула:
Формулы (29) и (30) применяются также и для случая, когда
поверхности сферические, но с большим радиусом кривизны, и ве¬
личины s' вычисляются по формулам (27).
Бесконечно тонкий астигматический пучок. Гомоцентриче¬
ский пучок лучей, т. е. пучок лучей, перпендикулярных некоторой
сферической поверхности (так называемой волновой поверхности),
после преломления через поверхность, отделяющую две оптические
средины, перестает быть гомоцентрическим, и лучи преломленного
пучка уже не сходятся в одну точку. Если пучок достаточно узок,
то все лучи, пересекающие оптическую поверхность по кривым,
лежащим в плоскостях, параллельных меридиональной, например
по кривым EG, CD и FH на рис. 10, после преломления пересе¬
кают некоторый весьма короткий элемент прямой F^F", лежащей
перпендикулярно меридиональной плоскости; все лучи, пересе¬
кающие поверхность по кривым, лежащим в сагиттальных плоско¬
стях, т. е. в плоскостях, перпендикулярных меридиональной, на¬
пример EF, AB, GH, пересекают другую линию F^F^", лежащую
в меридиональной плоскости. Когда отверстие пучка делается бес¬
конечно малым, оба элемента линий стремятся к точкам Ft и F2,
называемым соответственно меридиональным и сагиттальным
фокусами. Существование двух точек схождения, вместо4 одной,
носит название астигматизма; пучок лучей называется астигма¬
тическим. Мерой астигматизма служит расстояние между двумя
23
фокусами (астигматическая разность). При прохождении через сле¬
дующие поверхности астигматическая разность изменяется.
Хотя определения относятся к бесконечно тонким пучкам,
явление астигматизма наблюдается и в сравнительно открытых
пучках. Изображение точек вследствие астигматизма получается
в виде пятен рассеяния эллиптической формы (рис. 10).
Положение сагиттального фокуса определяется так же, как
и положение меридионального; ts и t' — расстояния от точки М
до соответствующих сагиттальных фокусов до и после прело¬
мления; они связаны формулой:
Если поверхность плоская, правая часть уравнений (28а) и (29)
обращается в нуль. При переходе от одной поверхности с но¬
мером k к поверхности с номером A-j-1 нужно знать величину
24
Рис. 10.
Формулы Аббе для определения положения астигматических
фокусов. Пусть MS (рис. 9) — главный луч пучка, F — его мери¬
диональный фокус. Положение фокуса определяется расстоя¬
нием MF=tm от точки пересечения луча с поверхностью до фо¬
куса меридиональных лучей. Фокус после преломления опреде¬
ляется величиной tmf (расстояние от той же точки М до фокуса
меридиональных лучей вдоль преломленного луча MFr S\ на рис. 9
не нанесенного). Координаты главного луча пучка считаются уже
известными [например рассчитанными по формулам (25)].
Величины tm и tj связаны следующей формулой (Аббе):
§ 4. Ограничение пучков
Вследствие ограниченного размера линз и других оптических
и механических частей оптических приборов (бленды, призмы)
пучки лучей, проходящие через последние, имеют конечные раз¬
меры. Ограничение пучков определяет ряд основных свойств опти¬
ческих систем; в первую очередь — их апертуру (и аналогичные
понятия светосилы и относительного отверстия) и поле зрения;
с апертурой связаны ьроме того разрешающая сила, глубина изо¬
бражения, качество изображения и др.
Апертурный угол оптической системы определяется как наи¬
больший из всех углов, образуемых с осью системы лучом, идущим
из точки предмета, находящегося на оси. Этот угол получается
следующим образом. Строятся изображения всех отверстий си¬
стемы, включая также и зрачок глаза, если система предназначена
для рассмотрения глазом, через ту ее часть, которая разделяет
предмет от соответствующего отверстия. То из отверстий, изобра¬
жение которого вилно под наименьшим углом из центра пред¬
мета (т. е. из точки предмета на оптической оси системы), назы¬
вается входным зрачком системы. Половина угла, под которым
виден зрачок (имеющий на практике вид круга), называется апер¬
турным углом системы. Например в случае системы рис. 11
зрачком входа служит изображение РРг одного из отверстий си¬
стемы. Угол РАО = <а1 — апертурный угол системы. Изображение
25
„косой“ толщины db (расстояние от точек Мк и Мк + 1 пересе¬
чения главного луча после его преломления на поверхностях с но¬
мером k и так как:
Величина db определяется по одной из формул:
Правые части уравнений (28а) и (29) могут быть преобразо¬
ваны к следующему виду, более удобному для вычислений при
помощи таблиц логарифмов:
входного зрачка через систему называется выходным зрачком си¬
стемы.
Линейное поле зрения оптической системы определяется макси¬
мальными размерами плоского предмета, изображение которого
еще может быть получено через данную систему. То из отверстий
оптической системы, изображение которого видно из центра вход¬
ного зрачка под наименьшим углом, называется входным люком\ оно
и ограничивает поле зрения. Поле оптической системы рис. 11
ограничено входным люком LLV не пропускающим ни одного луча
за точку С плоскости предмета. Длина отрезка АС является мерой
половины линейного поля зрения системы.
Рис. 11 иллюстрирует также так называемое виньетирование
пучков. По мере того как точка предмета удаляется от оси, объем
светового пучка, образующего изображение, вообще говоря умень¬
шается. Точки, лежащие между А и В, изображаются полным
пучком с апертурой <о, так как диаметр входного зрачка виден
во всей области AB целиком Но, начиная с точки В, находя¬
щейся на продолжении луча LP, касающегося люка LLV происходит
постепенное уменьшение пучка (виньетирование); для точки Q
объем пучка сведен к нулю. Длина 2 X AB представляет линейное
поле зрения полного освещения системы, представленной рис. 11.
Когда плоскость предмета находится в бесконечности, понятие
линейного поля зрения теряет смысл и заменяется понятием угло¬
вого поля зрения, т. е. того максимального видимого диаметра
предмета, изображение которого можно еще получить при помощи
оптической системы.
В визуальных системах может быть использовано полное поле
зрения, так как глаз даже на самой границе поля еще может
кое-что различить; но в случае фотографических объективов до¬
пускается не больше, чем 30—50°/о виньетирования на гра¬
26
Рис. 11.
ницах поля, иначе пластинка может на краях оказаться недоэкспони-
рованной.
Понятие апертурного угла теряет смысл, когда предмет на бес¬
конечности; в этом случае пользуются апертурным углом со сто¬
роны изображения. В фотографических объективах апертура ха¬
рактеризуется отношением D\f л где D — диаметр выходного зрачка,
f — фокусное расстояние объектива. Эта величина носит название
относительного отверстия.
Положение зрачков и люков в основных типах оптических
систем. 1. Фотографические обьективы. В симметричных фото¬
графических объективах (апланаты, анастигматы типа Дагор, Кол-
линеар, большинство репродукционных и широкоугольных объек¬
тивов) диафрагма находится в середине объектива; ее изображение
через первую половину объектива служит входным зрачком, изо¬
бражение через заднюю — выходным зрачком. Так как оба зрачка
равны по величине, они находятся в главных плоскостях объектива.
В несимметричных фотообъективах (тессары, триплеты, типа
Петцваля и все объективы обычного типа) входные и выходные
зрачки расположены внутри системы, недалеко от плоскости диа¬
фрагмы.
2. В биноклях призменного типа входным зрачкохМ служит
объектив, выходным — его изображение через окуляр, если только
зрачок глаза больше выходного зрачка. Входным люком служит
изображение бленды в общем фокусе объектива и окуляра, отбро¬
шенное объективом в бесконечность; в этом случае, если предмет
на бесконечности, плоскость входного люка совпадает с плоскостью
предмета, и поле зрения ограничено резко.
3. В биноклях Галилея выходным зрачком всегда является
зрачок глаза или, точнее, центр вращения глаза, находящийся
на расстоянии 15 мм от зрачка глаза. Входным люком служит
объектив.
4. В большинстве зрительных труб с поворачивающимися
призменными или линзовыми системами входным зрачком служит
объектив. Однако в системах, впереди которых имеется призма,
поворачивающаяся или неподвижная, чаще всего последняя служит
входным зрачком. Выходной зрачок всегда находится за окуляром,
обычно на расстоянии 10—15 мм для обыкновенных систем, на
20—25 мм — для систем, предназначенных к применению в про¬
тивогазовых масках, и на 70—80 мм — в прицельных трубках
для винтовок.
5. В лупах выходным зрачком является центр вращения глаза
наблюдателя. Передняя оправа линзы обычно служит входным люком.
6. В объективах микроскопа выходным зрачком служит бленда,
находящаяся за объективом.
Кажущееся увеличение оптических систем. Достоинство
оптической системы в отношении ее помощи глазу может быть
определено путем сравнения картины объекта, видимого простым
глазом, с картиной изображения, рассматриваемого через систему.
27
1. Если предмет находится на бесконечности, увеличение теле¬
скопической системы, при помощи которой такой предмет наблю¬
дается, равно отношению у видимого диаметра w' изображения
предмета, рассматриваемого через оптическую систему, к види¬
мому диаметру wt предмета. Если система состоит только из
объектива и окуляра (и плоских зеркал или призм), то кажущееся
увеличение:
где ft — фокусное расстояние объектива, /2— фокусное расстояние
окуляра.
Если на пути имеется оборачивающая система с увеличением ß, то:
2. Если предмет находится на конечном расстоянии и рас¬
сматривается лупой или микроскопом, то увеличение последних
систем определяется отношением угла, под которым изображение
предмета видно через систему, к углу, под которым предмет виден
на условном расстоянии 250 мм. Увеличение простой лупы равно
250//, где/—фокусное расстояние лупы, выраженное в милли-
Q 250 О
метрах; увеличение сложного микроскопа равно ßi-т— > где —
/2
линейное увеличение объектива, а/2 — фокусное расстояние окуляра.
Глубина изображения. Плоскости Пх, П2 (рис. 12), перпен¬
дикулярные оптической оси системы и находящиеся на различных
расстояниях от системы, изображаются различными плоскостями
(/7/, /7/). Если за плоскость установки взять одну из этих по¬
следних плоскостей, например /7/, то точка Я/ изобразится как
точка, а точка Я/ — как некоторая фигура рассеяния, ограничен¬
ная контуром, подобным контуру выходного зрачка системы Qx —
чаще всего кружку. При небольших размерах этого кружка, не
превосходящих некоторой величины 2р, глаз его не отличает от
точки.
Пусть /73 и /72 — положения плоскостей, изображения точек
которых на плоскости установки Я/ дают кружки с диаметром,
как-раз равным 2р; все пространство, находящееся между этими
плоскостями, изображается резко в плоскости /7/. Первая из них
может быть названа задним планом изображаемого пространства,
вторая — передним планом. Обозначим через /?3 и рп расстояния
между плоскостью П1 и плоскостями /73 и /72. Расстояние
ра—рп = /? называется глубиной системы]; оно зависит от рас¬
стояния предмета, величины кружка нерезкости и констант опти¬
ческой системы.
1. Для фотографических объективов средних фокусных рас¬
стояний (150—300 мм) диаметр кружка нерезкости 2р прини¬
28
мается равным 0,1 мм; для объективов малых фокусных расстояний
(камеры типа Лейка, Контакс), учитывая дальнейшее увеличение,
принимают 2р == 0,03 мм.
2. Для проекции на экран объектов, представляющих некото¬
рую глубину (эпископическая проекция), степень нерезкости опре¬
деляется тем углом s', под которым виден из центра проекции,
практически совпадающего с объективом, кружок нерезкости.
В случае неподвижных объектов берут 2—3', для подвижных —
5—10'.
3. Для микроскопов и систем, через которые "рассматривают
предметы на конечном расстоянии, глубина может быть опреде¬
лена на основании максимально допустимой глубины аккомодации
глаза Д D\ ввиду непостоянства этой величины поставленный
вопрос решается условно. Обозначим буквой AD число диоптрий,
характеризующее максимальную допустимую ширину аккомодации
глаза (см. гл. III).
4. Для телескопических систем мерой глубины может служить
то ближайшее расстояние предмета, изображение которого при
установке системы на бесконечность требует от глаза аккомо¬
дации, соответствующей AD диоптрий.
1. Введем следующие обозначения. Пусть Г — увеличение лупы,
микроскопов и вообще всех систем, служащих для рассматривания
предметов с конечного расстояния; ^ — угловое увеличение теле¬
скопических систем; пусть (Dj и а/—входной и выходной апер¬
турные углы системы, ß— ее линейное увеличение, £— расстояние
входного зрачка до предмета, Rx — радиус входного зрачка. Тогда:
Рис. 12.
(37)
29
Б случае близкого предмета с достаточной точностью:
2. В случае проекции на экран с большим увеличением глу¬
бина р в ту или иную сторону практически одинакова и опре¬
деляется по формуле (38):
При AD = 1:
(jо получается в миллиметрах); пх — коэфициенг преломления им¬
мерсионной жидкости (см. гл. XIV).
4. Для телескопических систем с увеличением у:
(р выражено ъ метрах).
Примечание. Величина AD зависит несколько от радиуса R'
выходного зрачка системы. Приблизительно можно считать:
При сильных увеличениях микроскопа AD = 2, при средних— Д£) = 1:
для телескопических систем AD меняется от 0/2 до 0,5.
Главные лучи оптической системы. В оптических системах
исключительно важную роль играют два луч?, определяющие
с одной стороны размеры линз прибора, а также и такие его
свойства, как апертуру и поле зрения, и с другой стороны каче¬
ство изображения, даваемого системой.
Первый из этих лучей (апертурный луч) проходит через точку
плоскости предмета, находящуюся на оси, и через край входного
зрачка; плоскости, перпендикулярные оси и содержадие точки, где
этот луч пересекает ось, являются изображениями плоскости пред¬
мета. В этих плоскостях можно поместить объекты, которые
должны быть видны одновременно с наблюдаемым предметом, на¬
пример сетки, кресты нитей, указатели диафрагмы поля и т. д.
Второй из лучей (главный, или полевой, луч) проходит через
край поля зрения и через центр входного зрачка. Угол, образуе¬
мый им с осью перед преломлением, равняется половине угла поля
зрения системы.
Поле зрения некоторых оптических систем. На стр. 26 ука¬
зан способ определения линейного (а также углового) пояя зрения
системы по картине расположения в пространстве объекта изобра¬
жений всех отверстий системы через впереди стоящие части
ш
(38)
3. Для луп и микроскопов с увеличением Г:
(39)
30
последней. При этом, начиная с некоторого места (край поля пол¬
ного освещения), появляется виньетирование, которое при удалении
от оси точки предмета растет и достигает 100% на краю полного
поля зрения.
Поле зрения 2wt геодезических труб и призменных биноклей
определяется исключительно увеличением систем и типом окуляра
(см. Окуляры) и получается по формуле:
где w—половина угла поля зрения окуляра и — увеличение
системы. При этом предполагается, что диафрагма поля имеет диа¬
метр Z), определяемый по величине поля зрения окуляра:
где /ок —фокусное расстояние окуляра.
Если диаметр диафрагмы поля меньше указанной величины, то
поле зрения определяется по формуле:
Поле зрения 2wi бинокля Галилея, состоящего из двух линз,
положительной с отверстием 2h и отрицательной, отверстие кото¬
рой не должно быть меньше 10—12 мм, получается по формулам:
где: 2z0lmax — поле зрения до полного виньетирования; 2-ш1средн —
поле зрения до 50% виньетирования; 2wx — поле зрения полного
освещения; р — радиус зрачка глаза; а — расстояние окуляра до
центра вращения глаза (25 мм)\ I—расстояние между объективом
и окуляром.
§ 5. Аберрации центрированных систем
Законы параксиальной оптики (§ 2) получены в предположении,
что оптическая система имеет бесконечно малое отверстие, что
источник света имеет бесконечно малые размеры и находится
бесконечно близко к оптической оси системы. К реальным систе¬
мам законы параксиальной оптики приложимы только в первом
31
приближении. Точка изображается через оптическую систему не
в виде точки, а в виде некоторой фигуры рассеяния, размеры
которой могут быть значительны; изображение плоскости, перпен¬
дикулярной к оптической оси системы, рассматриваемой хотя бы
при помощи узких пучков через оптическую систему, не является
плоским, а более или менее искривленным, не резким; изображение
не подобно предмету; прямая линия в плоскости, перпендикулярной
к оси системы, изображается в виде кривой линии. Кроме того
при рассматривании глазом изображения кажутся окрашенными на
границах между полями различной яркости. Вид фигуры рассеяния,
представляющей изображение точки, зависит от апертуры системы,
расстояния источника от оси, положения источника и входного
зрачка, конструкции системы (радиусы поверхностей, расстояния
между линзами, сорта стекол).
Недостаток оптической си¬
стемы, дающей не резкое и иска¬
женное изображение предметов,
называется аберрацией. Чтобы
отделить влияние на качество
изображения различных факто¬
ров, аберрацию принято разде¬
лять на составляющие, каждая
из которых носит свое назва¬
ние. Примерами таких аберра¬
ций являются:
1. Сферическая аберра¬
ция. Точка на оси оптической
системы в монохроматическом
свете дает в плоскости изобра¬
жения не точку, а кружок рассеяния (при круглом входном зрачке).
Лучи, пересекающие входной зрачок на рязличных расстояниях т1 от
оси, после преломления пересекают оптическую ось в различных
32
Рис. 13.
Рис. 14.
точках, отстоящих на величину $>snl' от гауссова изображения
точки F. Поверхность, огибающая лучи, называется каустикой
(рис. 13). Отступление 8smr называется продольной сферической
аберрацией и обычно изображается в виде кривой, дающей зави¬
симость между т1 и §sm', причем т1 откладывается по оси орди¬
нат, а оsj— по оси абсцисс (рис. 14).
2. Астигматизм и кривизна поля. Некоторая оценка качества
изображения для точек предмета на некотором расстоянии от оси
системы может быть получена, если рассчитать через оптическую
систему положение фоку¬
сов бесконечно тонких
меридионального и сагит¬
тального пучков, прохо¬
дящих через входной зра¬
чок системы (см. § 3, фор¬
мулы для расчета). Обо¬
значая Ьт и Ь8 расстояния
меридионального и сагит¬
тального фокусов от пло¬
скости изображения, на¬
носят на чертеж зависи¬
мость величин Ьт и 8в от
угла поля зрения (рис. 15).
Астигматической раз¬
ностью системы для дан¬
ного 1Х или 1рг называется
разность — 8т, средней
кривизной системы — величина ш . Если астигматизм равен ну-
Zi
лю для всего поля зрения, изображение плоскости через систему
тонкими пучками получается резким, но может не быть плоским.
3. Дисторсия. Если из нескольких точек на разных расстоя¬
ниях 1Х от оси провести лучи, проходящие через входной зрачок
системы, то они после выхода из системы пересекают плоскость
изображения на различных расстояниях lv' от оси. Условие по¬
добия между изображением и предметом может быть выражено
уравнением:
где ,3—линейное увеличение системы. Для реальных систем отно¬
шение р не остается постоянным, и можно писать:
Величина А/ ' называется линейной дисторсией системы,
А//-
относительной дисторсией. Эти две величины зависят
iVi
3 Зак. 3730. Справочн. кн. оптико-механика.
33
Рис. 15.
от /j или 1р и изображаются графически (чаще всего вторая),
как показано на рис. 16.
Так как увеличение в различных частях поля не одинаково,
подобие между изображением и предметом не соблюдается: изо¬
бражение квадратной сет¬
ки принимает бочкообраз¬
ный (отрицательная ди-
сторсия) или подушко¬
образный вид (положи¬
тельная дисторсия).
Кроме рассматривае¬
мых аберраций, суще¬
ствует ряд других, пере¬
чень которых может быть
получен только путем си¬
стематического изучения
природы аберраций.
Хроматические абер¬
рации. Пучок белого све¬
та не является однород¬
ным, но составлен из бесконечного числа лучей различных цветов
спектра: каждому цвету соответствует определенная длина волныг
несущей световую энергию этого цвета. В прозрачных срединах
показатель преломления зависит от длины волны лучей, что вызы¬
вает явление дисперсии света, хорошо наблюдаемой в призмах.
Вследствие дисперсии света в стекле лучи различной длины
волны пересекают плоскость установки (изображения) в различных
точках или — в случае бесконечно удаленной плоскости изобра¬
жения— под различными углами; изображение получается нерез¬
ким, контуры предметов кажутся окрашенными; это явление хро¬
матической аберрации. Различают два вида хроматической абер¬
рации. н
1. Аберрация положения, при которой положение плоскости
установки для параксиальных лучей зависит от длины волны.
Принято ее изображать такими же кривыми, как на рис. 14, но
для различных длин волны. Для визуальных систем наносят кри¬
вые сферической аберрации для красного цвета (соответствую¬
щего обычно длине волны X = 656 м ц) и для синего (к = 486 м }*).
Для простой бесконечно тонкой линзы с показателем преломления п,
с дисперсией между цветами К и L равной nL — пК и расстоянием до
изображения s' хроматическая аберрация, равная sT'— sK',
деляется формулой:
Величина v = — — называется относительной дисперсией
nL — ni
34
Рис. 16.
(46)
t. = l
причем /—фокусное расстояние всей системы линз; ср/ — опти¬
ческая сила, vt — число Аббе для одной из линз; 5 и s' — рас¬
стояния от линзы до объекта и до изображения.
2. Хроматическая аберрация увеличения выражается в том,
что лучи, идущие из точки на некотором расстоянии 1Х от оси,
пересекают плоскость установки на расстоянии /' от оси, зави¬
сящем от длины волны. Вследствие этой аберрации контуры изо¬
бражений кажутся окрашенными.
Вторичный спектр представляет собой так называемую оста¬
точную аберрацию, или аберрацию высшего порядка.
Положение s/ плоскости изображения относительно последней
поверхности зависит от длины волны X луча. Если хроматическая
аберрация исправлена для
двух длин волн L и 7,
sl ~ sj ’ то ЛУЧ средней
длины волны К пересе¬
кает ось на расстоянии
sK', отличном от sL' = sy
(рис. 17). Расстояние
sL' — sK' называется вто¬
ричным спектром систе¬
мы. Величина вторичного
спектра зависит почти ис¬
ключительно от выбора
длин волн L и J и почти не
зависит от применяемых
сортов стекла; исключе¬
ние составляют только та¬
кие сорта стекла, как
курцфлинты и некоторые
прозрачные минералы (флюорит, кварц, каменная соль, с помощью
которых вторичный спектр может быть значительно уменьшен).
Оптические системы разделаются на три группы по способу
ахроматизации. К первой группе относятся системы, работающие
совместно с глазом (зрительные трубы, микроскопы), в которых
обычно соединяют лучи С (X = 656 м\ъ) и F(k = 486,1 м\ь). Ко
второй группе относятся фотографические объективы для камер
с наводкой с помощью матового стекла; здесь соединяют лучи
D(\ = 589,3 M\i) и G' (X = 434,1 m\i). К третьей относят фото¬
графические объективы (чаще всего для астрографов), в которых
коррекция произведена таким образом, что соединены лучи F и h
(\ = 404,7 л/и).
3* 35
Рис. 17.
(или числом Аббе). Для нескольких тонких линз, склеенных между
собой или расположенных вплотную друг к другу:
Если длина этих объективов мала по сравнению с их фокус¬
ным расстоянием, то величина их вторичного спектра определяется
s'2
формулой т — , где s' — расстояние от объектива до плоскости
изображения, /—фокусное расстояние его, т — численный коэ-
фициент, равный Vieoo для первой группы, 1/12оо — Для второй,
V3200 — Для третьей, 1/400 — для систем, исправленных в области
спектра от линии А (X = 768,5 м\х) до линии h.
Отношение синусов. Пусть и^ и и/— углы, образуемые
с осью до и после преломления через оптическую систему лучей,
идущих из точки на оси предмета; ах и ар'—те же углы для
параксиального луча; величина:
называется отступлением от отношения синусов. Величина а
позволяет судить о степени резкости, с которой оптическая си¬
стема изображает точку S> расположенную близко от оси. Эта
степень (нерезкость) может быть определена как наибольший
размер К пятна рассеяния лучей, образующих изображение S'
точки Величина К носит название комы и может быть вычис¬
лена по формуле:
где/'—расстояние точки S' от оси; 8s'— сферическая аберрация
для апертурного угла хр' — sp' — расстояние от плоскости
изображения до плоскости выходного зрачка. Если предмет на
бесконечности, то:
где F — фокусное расстояние системы, тх — высота падения край¬
него луча пучка на входной зрачок.
Аберрации третьего порядка. Когда апертурные и полевые
углы оптической системы достаточно малы, то ее аберрации мо¬
гут быть вычислены с помощью приближенных формул.
Пусть SS' — центрированная оптическая система (рис. 18);
L и L' — плоскости предмета и изображения; Р—плоскость вход¬
ного зрачка. Из точки объекта В, находящейся на расстоянии /2
от оси, исходит луч BCD. . .EF, пересекающий плоскость вход¬
ного зрачка в точке С с координатами Mv отсчитываемой от
меридиональной плоскости (содержащей ось и точку В), и mv
отсчитываемой от экваториальной плоскости (содержащей ось и
перпендикулярной меридиональной). После преломления через
оптическую систему луч пересекает плоскость изображения
в точке F с координатами Br/F = bGf и А'В' — V. Если бы имели
место законы параксиальной оптики, то луч пересек бы плоскость
(47)
(48)
(49)
36
изображения в точке В' с координатами О и /0', причем /0/ = ß/1,
где ß— линейное увеличение системы, не зависящее от координат
луча mv и /г
Проекции на координатные плоскости отступления B'F, а
именно Br'F—bör и B'Bl' = bg\ называются поперечными абер¬
рациями для луча, определяемого величинами /1? тх и Жг Пер¬
вая из них 8G' называется сагиттальной, вторая—меридиональной.
Обозначая через е расстояние LP между плоскостями предмета
входного зрачка и полагая llje = w1, т^е — Mje = Qly можно
найти приближенные выражения для аберрации вида:
(и аналогично для 8О'), где коэфициенты Аг зависят лишь от эле¬
ментов самой оптической системы (радиусов, показателей прело¬
мления, толщин линз и т. д.). Вследствие симметричности системы
сумма степеней X = а -j- ß -f- у может быть только нечетной. Числу
X == 1,0 соответствует гауссова оптика. Аберрации выражаются
членами, у которых X = 3, 5, 7; X называется порядком аберрации.
Если lv ö>x и Qj невелики, можно пренебречь членами, в кото¬
рых к > 3. Существуют 5 членов, для которых X = 3; если обо¬
значить коэфициенты Ai этих членов буквами Sp S[V. .., SY, то
для 8^' и о О' получаются выражения:
Аберрация, соответствующая коэфициенту Sv называется сфе¬
рической аберрацией; соответствующая коэфициенту <Sn—комой;
соответствующая коэфициенту Sm—астигматизмом; соответствую¬
щая коэфициенту SIV—кривизной поля; соответствующая коэфи¬
циенту Sv—дисторсией. '
Аберрации бесконечно тонкой линзы. При заданном фокус¬
ном расстоянии / линзы и заданном материале (показателе пре¬
Рис. 18.
(51)
37
Сферическая аберрация не может обращаться в нуль; она
достигает минимального значения при /р = 1,714, при этом
//га =—0,286; отношение радиусов кривизны r2jrx примерно
равно — При этих значениях гх и г2 сферическая аберрация
Ssmm' Равна:
№
или практически — .
При п =1,6 минимальная сферическая аберрация линзы равна
/г2
osmi/= —0,84-у—. Сферическая аберрация линзы при увели¬
чении— 1, т. е. если предмет и изображение находятся на двой¬
ном фокусном расстоянии от линзы по обеим ее сторонам, до¬
стигает наименьшего значения, когда линза симметрична гх = — г2.
Тогда:
Сферическое зеркало. При обозначениях § 2 сферическая абер¬
рация сферического зеркала при расстоянии предмета от вер¬
шины зеркала равна:
38
ломления п, относительной дисперсии v) можно задавать линзе
наиболее благоприятную форму с тем, чтобы устранить или умень¬
шить какую-нибудь аберрацию. За параметр, определяющий форму
линзы, удобно взять кривизну первой поверхности р=1 /гг Обо¬
значая через hx расстояние от оси точки пересечения луча с лин¬
зой, имеем для продольной сферической аберрации линзы при
бесконечно удаленном объекте:
§ 6. Определение „габарита“ оптических систем
Условимся называть гауссовыми элементами оптической системы
фокусные расстояния отдельных компонентов системы, их отвер¬
стия, расстояния между ними; они определяются согласно тем
требованиям, которые предъявляются системе по отношению к ее
увеличению, полю зрения, апертурным углам, длине, ширине,
положению входного и выходного зрачков и т. д. Задача опре¬
деления гауссовых элементов особенно важна в телескопических
системах (бинокли, подзорные трубы, перископы, прицельные
трубы и т. д.); в фотообъективах и объективах микроскопов во¬
прос габарита сводится только к определению отверстия линз.
Предварительный расчет гауссовых элементов производится в пред¬
положении, что система состоит из бесконечно тонких линз; призмы
заменяются их воздушным эквивалентом, т. е. воздушным слоем,
длина которого равна длине хода лучей через призму, деленной
на показатель преломления.
Строится примерное расположение компонентов системы с уче¬
том всех требований, предъявленных к системе; последние приво¬
дят к ряду соотношений между фокусными расстояниями, отвер¬
стиями отдельных компонентов и их взаимными расположениями.
Все эти соотношения, вытекающие из законов гауссовой оптики,
легко получаются, если начертить ход двух главных лучей (см. § 4,
стр. 30); полезно также начертить ход лучей, идущих по обеим
сторонам второго главного луча через край входного зрачка, что
позволяет следить за виньетированием системы на краю поля
зрения. Метод расчета может быть иллюстрирован на следующем
примере.
Пример. Рассчитать габарит трубы теодолита с увеличением 20,
выходным зрачком 2,5 мм н полем зрения в 2°.
По размерам выходного зрачка и увеличению определяем диаметр
входного зрачка, т. е., диаметр объектива Вх = 2,5 X 20 = 50 мм. Зная
отверстие объектива, принимаем для его фокусного расстояния мини¬
мальную величину, позволяющую сохранить для объектива простую кон¬
струкцию из двух склеенных линз. Опыт вычисления таких объективов
показывает, что при отверстии в 50 мм нельзя давать фокусному рас¬
стоянию величины меньше пятикратного диаметра отверстия, т. е.
50 X 5 = 250 мм. Больше брать также нежелательно, чтобы не увеличить
длину трубы.
39
Рис. 19.
При фокусном расстоянии объектива в 250 мм фокусное расстояние
окуляра должно быть 250/20 = 12,5 мм. Окулярное поле зрения равно
2° X 20 = 40° (лучше вычислять через тангенсы: tg 1° X 20 == tg wr =
= 0,349 = tg 19°15', 2wf = 38°30'). Ввиду малого фокусного расстояния
окуляра желательно выбрать тип окуляра, обладающего большим рас¬
стоянием до зрачка, например ортоскопический или симметричный (см.
ниже). Выбираем последний тип, более простой конструкции. Считая его
бесконечно тонким, вычисляем его размеры из того соображения, чтобы
главный (полевой) луч, проходящий через центр объектива (входного
зрачка) под углом в 1° (край поля), проходил через край окуляра, что
обеспечиваех пропускание света в 50% на краю поля (рис. 19).
Отверстие окуляра равно AB tgl° = 2 (250-f- 12,5) tg 1° —
— 2 • 262,5 • 0,0174 = 9,2 мм. Все гауссовы элементы трубы определены.
§ 7. Расчет простейших оптических систем
Очковые стекла. Наиболее совершенными считаются в настоя¬
щее время очковые стекла, построенные по идее Чернинга, удо¬
влетворяющие условию анастигматизма; фокусы сагиттального
и меридионального пучков совпадают для довольно широкого поля
зрения; выходной зрачок совпадает с центром вращения глаза,
находящимся на расстоянии / (около 25 мм) от стекла. Обозначая
кривизну первой поверхности через р, показатель преломления
стекла через я, оптическую силу очковой линзы в диоптриях
(11м) через D, обратную величину / через л=1 // (/—в милли¬
метрах), получаем условие уничтожения третьей суммы Sm (усло¬
вие отсутствия астигматизма, который в данном случае наиболее
вреден):
При Х = 40, п =1,50 имеем:
7р2 — р (14D + 400) -f-12 (D2 + 40D + 400) = 0. (59)
Пример. При D = — 2 дптр., р = 14,28, г± = 70 мм, г2 = 54,7 мм.
Примечание. Из двух корней выбирают наименьший по абсо¬
лютному значению.
Объективы из двух склеенных линз (для наблюдения уда¬
ленных предметов). Для расчета предполагается, что толщины
линз равны нулю. При заданных стеклах, т. е. заданных л2> пь
и относительных дисперсиях vx и v2, и заданном фокусном расстоя¬
нии / объектива последний вполне определяется двумя парамет¬
рами, например: радиусами первой и второй поверхностей (радиус
третьей поверхности определяется из условия, что фокусное рас¬
стояние объектива должно равняться величине /). Удобнее брать
следующие два параметра:
— приведенная оптическая сила первой линзы, т. е. ее опти¬
ческая сила, умноженная на /;
40
Q — некоторая функция от углов а2 и а3 / Q =
1
через которую удобно выражаются аберрации третьего порядка
бесконечно тонкого объектива.
Параметрами и Q распоряжаются обычно таким образом,
чтобы исправить сферическую и хроматическую аберрацию объ¬
ектива. Первая из них пропорциональна величине Я, которая,
выраженная через и Q, принимает вид:
где для краткости положено —?г
Хроматическая аберрация определяется параметром [см.
§ 5, формула (46)], так как:
При отсутствии хроматической аберрации (s
:0):
(63)
Подставляя в выражение (61) это значение получают для Р
полином второй степени относительно Q. Задавая Р = 0, ре¬
шают это уравнение относительно Q. Из двух корней наиболее
пригодным является всегда тот, который имеет наименьшее абсо¬
лютное значение.
Зная Q и <pv вычисляют радиусы по формулам:
(64)
и полученная система проверяется тригонометрическим расчетом
хода нескольких лучей, определяющих сферическую и хромати¬
ческую аберрацию. Предварительно вычисляются толщины линз
из расчета, чтобы в наиболее тонком месте (центр — для флинтов
и край — для кронов) толщина была не меньше, чем х/8 диаметра
линзы.
41
Если полученные результаты не удовлетворительны, меняют
несколько значения и Q, помня, что первый из этих парамет¬
ров влияет на хроматизм, а второй — на сферическую аберрацию.
Пример. Рассчитать двухлинзовый сюгеенный объектив/= 430 мм,
32 мм диаметром, из следующих стекол: ги> = 1,5729, = 57,9; л3 = 1,6213,
Vo = 36,1.
Вычисляем:
Вычисление величин а, b, с четырьмя знаками дает: а — 2,334^
b = 27,02; г = 77,95.
Решение уравнения:
Выбираем Q = —5,45. Радиусы г2 и г3 по в'гчеуказанным фор¬
мулам дают:
Объективы из двух несклеенных лин Для объективов
с отверстием больше 6—8 см склейка линз едопустима вслед¬
ствие тех натяжений, которые она вызывает в стеклах. Условие
равенства радиусов кривизны второй и третьей поверхностей от¬
падает; появляется лишний параметр, который может быть исполь¬
зован для уничтожения комы при любой комбинации стекол.
Принимая за параметры кривизны первой и третьей поверхно-
ностей рх и р3, обозначая срх и <р2 оптические силы первой и вто¬
рой линз, при общей силе = 1, полагая толщины линз
и расстояния между ними равными нулю, получаем следующие
выражения для величин (s/ — s0'), Р и W, пропорциональных
хроматической аберрации, сферической аберрации и коме:
(67)
42
приводит к следующим значениям Q:
Для получения системы, исправленной в отношении хромати¬
ческой и сферической аберрации и комы, делаем:
Получая срх из условия хроматизма (и помня, что -f-?2 = 1)»
исключают р3 из уравнения W=0 и, внося его выражение через
в уравнение сферической аберрации, получают уравнение второй
степени относительно рг Оба решения подлежат тригонометри¬
ческому исследованию.
Аберрации высших порядков получаются наименьшими, когда
разность относительных дисперсий (чисел Аббе) обоих стекол
наибольшая.
Пример. Требуется рассчитать астрономический объектив с фокус¬
ным расстоянием 1000 мм и относительным отверстием 1:15. Он должен
быть исправлен на сферическую и хроматическую аберрации и кому.
Стекла следующие: крон = 3,5170, v2 = 63,7; флинт = 1,65085
v4 = 33,8.
Из уравнения хроматизма:
Подставляя значения и ф, в выражения для Р и W, получаем:
Из второго уравнения:
Возводя в квадрат:
Подставляя выражения р3 и р32 через Pi в уравнение Р = 0, получаем:
Дедя на коэфициент при рх2:
Решая относительно plt получаем два корня: pj = 1,649 и 5,711.
Второй корень отбрасываем, так как он приводит к слишком ма¬
лым радиусам кривизны. Зная pv получаем р8 из уравнения (*): р3 = — 2Г453.
Кривизны остальных поверхностей получаются из известных фокус-
■ых расстояний:
откуда радиусы
Окуляры. При выборе типа окуляра нужно принимать во вни¬
мание следующие основные величины: 1) поле зрения; 2) положе¬
ние зрачка относительно последней поверхности; 3) оптическую
коррекцию. Как правило, увеличение поля зрения и удаление
выходного зрачка от последней поверхности вызывают увеличение
43
поперечных размеров линз окуляра, и для устранения появляю¬
щихся вследствие большого диаметра линз значительных аберра¬
ций необходимо увеличивать число линз. Это положение иллю¬
стрируется в следующей таблице:
Расстоя¬
Тип окуляра
Число
Поле
ние зрач¬
линз
зрения
ка выхода
при / = 1
Рамсден
2
со
Сл
1
0,3
Гюйгенс
Миттенцвей . . .
2
40°
0,3
Кельнер
3
50°
0,5
Для винтовочных
прицелов . . .
3
20°
2,0
С удаленным зрач¬
ком
5
50°
1,0
Симметричный .
4
40°
0,8
Ортоскопический.
4
40°
0,8
Эрфле, тип I . .
5
60°
0,8
, И . .
5
70°
0,5—0,6
Указанные типы окуляров описаны ниже на стр. 44—45.
При расчете определенного типа окуляра нужно обратить
особое внимание на исправление аберраций точек вне оси, т. е.
на астигматизм, кому, разность хроматических увеличений; дистор-
сия и кривизна поля в окулярах также очень заметны, но практически
неисправимы. Сферическая и хроматическая аберрации положения
обычно невелики и могут легко быть скомпенсированы введением не¬
больших остаточных аберраций объектива; но если в фокальной
плоскости окуляра имеются сетки или шкалы, исправление осевых
аберраций является также желательным; окуляры симметричные,
ортоскопические и Эрфле в этом отношении наиболее удовле¬
творительны. Окуляры, состоящие из простых линз (Рамсден,
Гюйгенс), рассчитываются на основании теории аберраций третьего
порядка, в предположении что линзы бесконечно тонки. Испра¬
вляют главным образом астигматизм, частично кривизну и кому.
Более сложные окуляры, состоящие из склеенных компонентов,
вычисляются отчасти путем тригонрметрических проб, отчасти
при помощи теории аберраций третьего порядка.
Ниже приводятся радиусы, толщины и сорта стекол некоторых
типичных окуляров. Фокусное расстояние принято за единицу.
Рамсден Гюйгенс Кельнер
Схемы наиболее употребляемых окуляров представлены на
рис. 20—27.
Рис. 26. Эрфле II.
§ 8. Расчет системы с большой светосилой и большим углом
поля зрения
По мере того как растут углы, образуемые лучами, проходя¬
щими через оптическую систему, с оптической осью этой системы,
увеличивается сложность расчета. Болшие углы лучей с осью
и с нормалями вызывают появление аберраций высоких порядков,
с которыми приходится бороться главным образом увеличением
числа линз, а в некоторых случаях (осветительные системы) при¬
менением несферических поверхностей.
45
Рис. 27. Эрфле III.
Рис. 21. Гюйгенс.
Рис. 20. Рамсден.
Рис. 22. Кельнер.
Рис. 23. Симметричный.
Увеличение числа линз с одной стороны уменьшает углы пре¬
ломления i и с другой—дает добавочные параметры, при
помощи которых можно исправить аберрации высших порядков.
Метод расчета таких систем по мере увеличения светосилы
и углов поля более и более удаляется от алгебраических методов,
основанных на применении формул аберраций третьего порядка,
и приближается к чисто интерполяционным методам, основанным
на сравнении аберраций, получаемых путем тригонометрических
расчетов хода лучей для ряда систем, отличающихся друг от друга
значениями одного или нескольких параметров, например радиусов
кривизны поверхностей, после чего подбирается наилучшее зна¬
чение этих параметров путем интерполяции.
Фотообъективы. При расчете фотообъективов необходимо
обратить внимание на исправление всех тех аберраций, которые
корригировались в системах для визуального наблюдения (сфери¬
ческая аберрация, кома, астигматизм, хроматические аберрации
положения и увеличения); кроме того должны быть хорошо ис¬
правлены кривизна поля и дисторсия.
Пользуясь уже известными из литературы типами объективов
и на основании собственного опыта и чутья, выбирают тип объ¬
ектива, т. е. фиксируют число, примерное расположение, форму
и материал линз, составляющих объектив; устанавливают число
параметров, определяющих конструктивные элементы системы,
и подбирают их наиболее целесообразным образом, в зависимости
от метода исследования. При методе тригонометрических проб
за параметры берут радиусы поверхностей; при методах, основанных
на применении теории аберраций третьего порядка, пользуются
более сложными функциями от конструктивных элементов системы.
Объективы микроскопов обладают наибольшей апертурой
среди всех оптических систем. Апертурные углы в сильнейших
иммерсионных системах доходят до 60°. При расчете обращается
внимание на сферическую аберрацию объектива, причем в апохрома¬
тах она исправлена для двух цветов; исправляют хроматическую
аберрацию положения и подбором стекол и минералов (флюорит,
фосфатные стекла и пр.) добиваются уменьшения вторичного
спектра. Из аберраций точек не на оси объектива исправляют
кому (следя за отношением синусов углов лучей, идущих из точки
предмета на оси) и астигматизм; кривизна поля, дисторсия, раз¬
ность хроматических увеличений не могут быть исправлены объ¬
ективом, а последняя из этих аберраций исправляется особыми оку¬
лярами с переисправленной хроматической аберрацией увеличения.
Кривизна поля, вредная при микрофотографии, может быть испра¬
влена применением особого типа окуляров из отрицательных линз
(Гомал Цейсса). Расчет объектива микроскопа производится ана¬
логично расчету светосильного фотообъектива: оптическое действие
обоих объективов, если не считаться с направлением света, одно
и то же: превращение параллельного или слегка сходящегося
пучка в сильно сходящийся.
46
Чем больше апертура, тем больше необходимо компонентов.
Отрицательных компонентов нет, так как их применение вытекает
из условия Петцваля для получения плоского изображения, что
в микроскопе не обязательно. Линзам, находящимся близко к пред¬
мету (фронтальная и — в случае сильных объективов — мениск),
придают форму, наиболее благоприятную для выполнения условий
апланатизма; остальные аберрации исправляются следующими ком¬
понентами.
При тех значительных углах, которые образуются лучами
с осью системы, теория аберраций третьего порядка отходит на
задний план при расчете конструктивных элементов объективов
микроскопа, Исследования ведутся путем тригонометрических
проб; целесообразно исследовать каждый компонент отдельно,
так как они все более или менее корригированы.
Зеркала Манжена. В осветительных и сигнальных приборах*
кроме зеркал с параболическими поверхностями, применяются от¬
ражатели Манжена, представляющие собой менискообразную
отрицательную линзу, выпуклая сторона которой посеребрена.
При некотором соотношении между радиусами линзы лучи, исхо¬
дящие из фокуса F системы, после двух преломлений на непосе-
ребренной поверхности и одного отражения выходят из системы
с достаточной параллельностью.
Зеркало Манжена применяется для углов до 57° (угол ох¬
вата 114°). Его конструктивные элементы по Манжену следующие:
отверстие — 60 см\ гх = 37,3 см, г2 = 51,8 см\ расстояние от
зеркала до фокуса — 31,7 см. Толщина зеркала в центре принята
равной нулю.
Зеркало Манжена обладает некоторой хроматической аберра¬
цией и довольно тяжело из-за большой толщины краев. Можно
уменьшить вес и хроматизм зеркала, приближая отношение радиуса*
r2jr 1 к единице, но при этом увеличивается сферическая аберрация.
§ 9. Оценка качества изображения оптических систем
Системы для визуального рассматривания рассчитываются
обычно для нормального глаза, аккомодированного на бесконеч¬
ность. Лучи, идущие из любой точки предмета, должны в идеаль¬
ном случае выходить параллельными пучками. Вследствие аберра¬
ций систем параллельность не соблюдена, и отступления от
параллельности для данной точки предмета до некоторой степени
характеризуют качество изображений, если при этом известно
также строение выходящего пучка. Более точные указания может
дать картина волновых аберраций (см. § 12), но ввиду сложности
ее получения приходится ограничиваться признаком параллель¬
ности. Опыт показывает, что при отступлениях от параллельности,
не превышающих 1—2', глаз не замечает никакой нерезкости;
хроматические аберрации могут быть несколько больше и дости¬
гать 3' без заметного влияния.
47
Для наклонных пучков непараллельность значительно превы¬
шает указанные величины, и резкость понижается. Для точек поля
зрения, одинаково удаленных от центра и от края, непараллель¬
ность в наилучших биноклях достигает 10—15', а астигматизм
доходит до 1—2 дптр. На краю непараллельность доходит
до 30—60', астигматизм и кривизна — до 4—6 дптр. Разрешаю¬
щая сила падает в несколько раз и часто становится ниже раз¬
решающей силы глаза. При оценке результатов необходимо учесть
и строение пучка; допустимо и значительное расхождение лучей
от параллельности, если лучи, дающие расхождение, относятся
к небольшой части входного зрачка. Кроме того кривизна поля
допустима в довольно больших пределах, до 4—6 дптр., так как
глаз реагирует на нее лишь изменением аккомодации.
К фотообъективам предъявляются различные требования в за¬
висимости от их назначения. В большинстве случаев допускают
для пятна рассеяния в плоскости изображения величины порядка
0,1—0,2 мм, если не предполагается дальнейшее увеличение, и
0,03—0,05 мм для объективов к малым камерам (Лейка, Контакс),
так как в этом случае обычно имеется в виду увеличение в 3—6 раз.
Как и в системах для субъективного наблюдения, надо принять
во внимание строение пучков.
Для проекционных объективов за основу для оценки качества
принимается угловой диаметр проекции на экран кружка рассея¬
ния для зрителя, расположенного около проекционного аппарата.
Для неподвижной картины допускают 2—3', для подвижной (кино¬
фильма)—5 —10'.
§ 10. Системы с асферическими поверхностями
Техника изготовления асферических поверхностей еще недо¬
статочно разработана, и в настоящее время эти поверхности могут
быть применены только в двух случаях:
1)при весьма малых отступлениях от сферической формы и
2) при невысоких требованиях по отношению к качеству изго¬
товления.
К первой категории относятся:
Рефлекторы астрономические с параболическими зеркалами.
Параболические зеркала при любом отверстии исправлены в отно¬
шении сферической аберрации и дают идеальные изображения
в центре поля зрения. Однако они обладают значительной комой,
определяемой формулами:
где 3gf и ой'— проекции отклонения луча, проходящего через
точку зеркала с координатами т и М; р — параметр пара¬
болы. При нормальном относительном отверстии параболических
зеркал (оУ = 1/4 кома достигает угловой величины в Зу для угла
поля wx = 1°. Для устранения комы необходимо ввести вторую
отражающую поверхность.
Ко второй категории относятся:
Конденсоры микроскопа, например зеркальный параболический
конденсор Цейсса, кардиоидный конденсор Лейтца, трехлинзовый
апланатический конденсор Цейсса с асферической поверхностью,
лупы с увеличенным полем зрения, короткофокусные очки с испра¬
вленным астигматизмом.
Отражатели для прожекторов, состоящие из стеклянной
линзы в виде мениска, посеребренного на выпуклой стороне. При
параболической форме обеих поверхностей и положении источника
света в фокусе непосеребренной поверхности (что устраняет рас¬
сеяние лучей, отраженных от этой поверхности) параметр второго
параболоида р2 связан с параметром первого pt и толщиной
в центре е соотношением = 1,30; при этом углова^ абер¬
рация для лучей, отраженных от системы, не превышает 9—10'
при апертуре лучей (о в 60°.
Полного уничтожения аберрацийчможно достигнуть, если вторая
посеребренная поверхность отстоит от первой на расстоянии N,
отсчитываемом по нормали к первой поверхности, определяемом
уравнением N=esec if, где if — угол между нормалью ко второй
поверхности и лучом в стекле.
§ 11. Преломляющие призмы
Расчет хода луча через призму. 1. Луч в плоскости глав¬
ного сечения, т. е. в плоскости, перпендикулярной ребрам призм.
Обозначая попрежнему через и i' углы луча с нормалью до
и после преломления у поверхности v, через п — показатель* пре¬
ломления призмы и через ос— преломляющий угол призмы (рис. 28),
имеем следующий ряд формул:
Отклонение луча е призмой определяется по формуле: ^
При малых углах ос и iv е = (п— 1) а не зависит от угла паде¬
ния iv
2. „Косой“ {внемеридиональный) луч может быть определен
углом образуемым лучом со своей проекцией на плоскость глав¬
ного сечения (рис. 29), и углом /10 между вышеупомянутой про¬
екцией и нормалью к грани призмы. Законы преломления, при¬
меняемые последовательно к двум граням призмы, приводят к сле¬
дующему результату:
4 З&к. 3730. Справочн. кн. оптико-механика.
1) угол луча со своей проекцией после преломления 02'равен Öj
(до преломления), т. е. наклон луча к плоскости главного сечения
не меняется;
2) проекция луча на главное сечение ведет себя как световой
луч, т. е. удовлетворяет законам ’преломления, при условии, что
за величину показателя преломления стекла нужно принять:
Зависимость этого условного „показателя преломления“ ДА от
наклона 0t вызывает явление „искривления“ спектральных линий.
Кривизна спектральных линий. Бесконечно удаленная прямая
линия, параллельная ребру призмы (например изображение щели
в фокусе коллиматора), рассматриваемая через призму, кажется
искривленной. Если призма находится в положении наименьшего
отклонения лучей (см. дальше), то кривизна линий, рассматривае¬
мых в фокусе объектива с фокусным расстоянием /, равна:
где ix—угол с нормалью к первой поверхности призмы луча,
идущего из точки предмета, лежащего в плоскости прямого
сечения.
Ход луча через ряд призм с параллельными ребрами. Если
имеется k призм, то общее отклонение равно:
Положение луча определяется следующим образом. Пусть
PiMx=Pi (рис- 28); Р1м2=р\- угол P1PJia = — «£ Р2РЛ = хг
50
Рис. 28.
Рис. 29.
Задавая P1M1=pv получаем:
(74)
и т. д.
Примечание. На рис. 28 величины ръ ргг, /?3> /?3' положи¬
тельны, а р2, Ръ' отрицательны.
Положение минимума отклонения. Угол е зависит от угла
падения ix\ он достигает минимума, когда ix определяется фор¬
мулой:
(75)
При этом угол отклонения гт определяется из формулы:
sm = 2г7 — «•
(76)
Если призма не в воздухе, т. е. п1 и п2 ф 1, а показатель
ир<змы равен п2, то минимум (или максимум) имеет место при:
причем:
(78)
Максимальное возможное отклонение гт (в положении мини¬
мума отклонения) в зависимости от п определяется табл. 5.
Таблица 5
Дисперсия призм. Пусть 5е — угловое отклонение между двумя
лучами, показатели преломления которых отличаются на Ъп. Про¬
стая призма в воздухе дает при Ых = 0:
При минимуме отклонения:
(80)
4*
51
Ахроматические системы призм. Предполагая углы а призм,
а также углы it луча с нормалью к грани призмы малыми, полу¬
чаем условие ахроматизма двух призм:
При этом отклонение е двух призм равно:
Разрешающая сила призмы и системы призм. Разрешающая
сила призм определяется отношением г=Х/д?Х, где d\ — мини¬
мальная разность длин волн двух бесконечно тонких линий, при
которой эти линии могут быть еще различаемы при достаточно
большом увеличении. По Релею:
где L — длина основания призмы (при условии, что пучок покры¬
вает всю призму).
В случае системы призм происходит сложение аналогичных
выражений для всех призм.
Призмы прямого видения. Они состоят обычно из трех или из
пяти склеенных призм, попеременно из боросиликатного крона и
из тяжелого флинта (рис. 30 и 31). В призме прямого видения
Броунинга крайние призмы (из крона) прямоугольны. Угол сред¬
ней флинтовой призмы определяется по формуле:
где пх — показатель крона для того луча, который системой не
отклоняется (обычно берут луч длины волны X = 486 м\ь). Пяти¬
призменные системы могут быть рассчитаны так, чтобы кривизна
спектральных линий была уничтожена. Приводим здесь часть та¬
блицы, данной Геппергером. 1
откуда:
е
г
(81)
Рис. 30.
Рис. 31.
(83)
1 Wien. Sitz. Вег. math.-naturw. Cl., 298, 1886.
52
Обозначая углы а2 = — а3 = -{- а4 одной буквой е, углы — аг ==
= —аб одной буквой ^ имеем в табл. 6 значения s и | в зависи¬
мости от показателей флинтов п^л и кронов якр/
Таблица б
Пример. Углы двух призм прямого зрения из стекол: пв = 1,5125;
V = 64,0; nF= 1,51813; = 1,7880; v = 26,2; nF= 1,80969.
Тройная призма Пятерная призма
ах = а3 = 90° 02 — — аз = + а4 = 76°49Л
«2 = _ 98°27А ах = а5 = — 88°22'.
Дисперсия обеих призм, отсчитанная от среднего луча /7(Х = 486
Спектр, линия Пятерная Тройная
Из сложных призм можно еще указать на автоколлимационную
призму Резерфорда с посеребренной поверхностью (рис. 32) и на
призму Аббе из двух склеенных призм с постоянным (90°) откло¬
нением (рис. 33).
53
Рис. 32.
Рис. 33.
§ 12. Волновые аберрации и дифракционная картина изо¬
бражения
Геометрическая оптика может быть рассматриваема как пре¬
дельный случай волновой оптики, если предположить, что длина
волны стремится к нулю. Отступления между законами волновой
оптики и геометрической оптики практически заметны только
в плоскости изображения; картина изображения какого-нибудь
источника света, полученная на основании геометрической оптики,
не соответствует наблюдаемой картине, а должна быть построена
на основании законов волновой оптики, причем распределение
освещенности в плоскости изображения определяется формой и
границами волновой поверхности, получаемой после прохождения
начальной (обычно сферической) волны через всю систему.
Связь между поперечными аберрациями и волновой абер¬
рацией. Тригонометрический расчет хода лучей через оптическую
систему дает положение точек пересечения лучей с плоскостью
изображения. Поперечные (и продольные) аберрации связаны
с формой волновой поверхности.
1. Поверхность волны симметрична относительно оси. Пусть
AM (рис. 34)—меридиональное сечение реальной волны, АМ0 — то
же идеальной сферической волны, центр которой О—идеальное изо¬
бражение некоторой светящейся точки. Реальный луч MS пере¬
секает ось в точке 5 на расстоянии As от О. Пусть — радиус
идеальной волны, hx — высота пересечения луча с волной, иг —
угол луча с осью. Величина N—расстояние между двумя волнами
в точке М — называется волновой аберрацией, соответствующей
лучу MS\ она отсчитывается по нормали к идеальной волне и
считается положительной, если реальная волна дальше от центра,
54
Рис. 34.
чем идеальная. С достаточной точностью:
откуда:
где /? = 1 —cos uv
Волновая аберрация может быть уменьшена, если она отне¬
сена не к гауссовой плоскости изображения, а к другой плоскости
(так называвши плоскости наилучшей установки), отстоящей на
расстоянии А от нее. В случае аберраций третьего порядка
д = л—• плоскость наилучшей установки находится по се-
редине между гауссовой плоскостью изображения и пересечением
с осью лучей крайней зоны. Для такого случая Иенчем 1 рассчи¬
тана таблица, дающая максимальную продольную аберрацию, до¬
пустимую при различных апертурных углах, в предположении, что
волновая аберрация не должна превышать Х/4 (критерий Релея,
обеспечивающий качество, практически не отличимое от качества
изображения идеальной системы). Выдержки из этой таблицы
приводятся в табл. 7.
Таблица 7
На практике аберрации наилучших фотографических объекти¬
вов во много раз превышают указанные величины.
2. Если поверхность волны не обладает осью симметрии, то
можно считать за идеальную поверхность волны сферу, центр
1 Handbuch d. Physik (Geiger u. Scheel) XVIII, 280.
55
которой совпадает с точкой пересечения главного луча с плос¬
костью изображения.
Если оптическую ось считать за ось z-ов (рис. 35), меридио¬
нальную плоскость — за плоскость^, экваториальную — за плос¬
кость хzy а за начало координат принять центр выходного зрачка,
получатся для Sg*7 и 8G' — проекций поперечной аберрации (см.
§ 5) — следующие выражения:
где N — попрежнему расстояние реальной волны от идеальной по
нормали к последней в точке с координатами Лг, у, z; R — радиус
кривизны идеальной сферической волны.
Волновые поверхности в случае аберраций третьего порядка.
Если апертурные углы о/ и полевые углы wr малы, то можно
с достаточной точностью положить, чтр х = М', у = т\ где М'
и тг — координаты луча в плоскости выходного зрачка. Тогда:
Согласно формулам § 5:
где p — некоторый множитель пропорциональности, зависящий от
фокусного расстояния системы и от увеличения в зрачках. Следо-
56
Рис. 35.
Если задавать N определенное значение, то последнее урав¬
нение дает некоторое соотношение между величинами Мг и тгу
которому соответствует некоторая кривая на плоскости выход¬
ного зрачка. Когда N принимает ряд значений Nv N2i NB, .. ., Np,
получается p кривых на выходном зрачке, и по виду и располо¬
жению этих кривых можно получить довольно точное представле¬
ние об аберрациях оптической системы. Интерферометр Тваймана
(см. стр. 686) позволяет наблюдать такие картины с промежут¬
ками для N в половину длины волны и является поэтому одним
из приборов, наиболее пригодных для оценки качества оптиче¬
ской системы.
Рис. 37.
Если система обладает только сферической аберрацией треть¬
его порядка, кривые равных /V, при равных промежутках между
отдельными значениями N, дают ряд концентрических окружностей
с быстро убывающими к краю промежутками между кольцами
(рис. 36). При наличии одной комы кривые равных N распола¬
гаются так, как показывает рис. 37. Различные комбинации
астигматизма с кривизной дают ряд эллипсов с общим центром,
с постепенно убывающими к краю промежутками.
Одновременное присутствие нескольких аберраций и наличие
«аберраций более высокого порядка усложняют картину, но все же
и в этом случае имеется возможность из картины кривых рав¬
ных IV получить точные сведения о структуре волновой поверх¬
57
Рис. 36.
вательно вследствие формул (86) и (87):
ности и аберраций, соответствующих какой-нибудь падающей на
оптическую систему сферической волне.
Вычисление волновой аберрации для луча, ход которого
рассчитан тригонометрически. Конради дал формулу для разно¬
сти N оптических путей двух лучей, исходящих из одной и той
же точки на оси системы; один из них пересекает поверхность
на высоте Л, другой (параксиальный) — на высоте нуль. Путь для
обоих лучей считается до их пересечения с осью.
где п' — показатель среды после преломления, h — высота пересе¬
чения луча со сферической поверхностью, <р — угол нормали
с осью. Знаки и остальные величины — как указано в § 3,
стр. 22.
Дифракционная картина изображения точки. Пусть СС
(рис. 38) — контур выходного зрачка рассматриваемой системы;
SCC — одна из волновых поверхностей, соответствующая некото¬
рой светящейся точке О после преломления через оптическую
систему. Согласно принципу Гюйгенса-Френеля освещенность Е
в некоторой точке Р получается в результате сложения колеба¬
тельных движений, производимых в точке Р действием всех эле¬
ментов поверхности волны. Каждый элемент do с центром в точке М
вызывает в точке Р колебание:
где а — амплитуда колебания, v — скорость света в последней
среде, t—время, X — длина волны, / — расстояние от элемента М
58
Рис. 08.
(90)
где R — радиус идеальной волновой поверхности, \ — длина волны
излучения, N—отступление между идеальной волной и реальной
по нормали и элементу do, г — расстояние от точки Р до оси
Рис. 39.
идеальной волны, 0 — угол между нормалью к идеальной волне и
осью, ф — угол между меридиональной плоскостью, содержащей
точку М (элемент do).
Интегрирование распространяется на всю действующую часть
волновой поверхности S.
В том случае, когда оптическая система не имеет аберраций,.
N равно нулю, и освещенность Е в любой точке может быть рас¬
считана сравнительно просто при помощи особой функции.
Л 00 — функции Бесселя первого порядка. Освещенность Е опре¬
деляется по формуле:
до точки А Когда точка Р находится в плоскости изображения,
то вычисление освещенности Е при некоторых упрощающих пред¬
положениях сводится к следующему:
тде:
зависит от расстояния г точки р оси при постоянном выходном
апертурном угле о/.
Табл. 8 и рис. 39 дают зависимость между величиной п и
освещенностью Е. Так как освещенность распределяется симмет¬
рично относительно центра (гауссова изображения), картина изо¬
бражения светящейся точки представляется в виде светлого пятна
(диск Эри), окруженного рядом колец попеременно темных и
светлых; освещенность светлых колец быстро убывает.
Таблица 8
Максимумы и минимумы Е
Разрешающая сила идеальной оптической системы. Изо¬
бражение точки, даваемое оптической системой, даже идеальной,
получается вследствие дифракции не в виде точки, а в виде свет¬
лого пятна конечных размеров (диск Эри). Следовательно изобра¬
жения двух очень близких точек сливаются, и только начиная
с некоторого определенного расстояния между изображениями
точек можно различить темную линию раздела между пятнами.
Это расстояние зависит от апертуры системы, от отношения ярко¬
стей точек, от способности глаза замечать слабые контрасты.
.Условимся по Релею брать точки одинаковой яркости и считать
разделенными два поля одинаковой яркости, если между ними
имеется промежуточное поле с яркостью на 27°/0 меньше. Тогда
расстояние между изображениями должно быть равным расстоя¬
нию от центра до первого темного кольца (п = 3,83). Следова¬
тельно:
60
(93)
или при X — 0,00056 мм (зеленые лучи):
где г—наименьшее разрешаемое расстояние в плоскости изобра¬
жения— выражено в миллиметрах.
Формулу можно изменить, вводя разрешаемое расстояние гг
между точками в плоскости предмета. Формула Лагранжа-Гельм¬
гольца:
пх rx sin cdx = nrr sin cd'
дает пригодную для микроскопа формулу:
или:
Например при нумерической апертуре А = пх sin cox = 1,4 гх —
= 0,00025 мм. В случае, когда предмет на бесконечности, наи¬
меньший разрешаемый угол у (в секундах) определяется фор¬
мулой:
где D — отверстие входного зрачка в миллиметрах.
Для фотографических объективов может представить интерес
количество разрешаемых точек на 1 мм длины. Это число t
равно [см. формулу (94)]:
= 3000 sin со' для зеленых лучей,
? (Уо)
= 3800 sin со' для фиолетовых лучей. J
Например объектив с относительным отверстием 1/4>5 (о>/ = 1/9)
должен разрешать 400 точек на 1 мм.
Дифракционное изображение точки в присутствии абер¬
раций. Присутствие аберраций меняет картину изображения и
всегда в сторону ухудшения. Освещенность Е на гауссовом изо¬
бражении О светящейся точки (п — 0) всегда меньше единицы и
на кольцах она увеличивается. При больших аберрациях освещен¬
ность в довольно большой области, окружающей точку О, почти
постоянна, дифракционное пятно размывается, разрешающая сила
системы падает. По Релею считается, что волновая аберрация, не
превышающая четверть волны (А//Х < 0,25), не оказывает замет¬
ного влияния на качество изображения. Однако в фотографиче¬
ских объективах с большим относительным отверстием отноше¬
ние Nj\ достигает нескольких единиц, и их разрешающая сила
значительно менее теоретической.
61
(для зеленых лучей).
§13. Потери в оптических системах
Пусть некоторый световой поток F проходит через оптиче¬
скую систему; каждому элементарному световому потоку dF, исхо¬
дящему из элемента поверхности источника в определенном на¬
правлении, соответствует некоторая яркость В; эта яркость, де¬
ленная на квадрат показателя преломления среды, должна остаться
постоянной в любой точке пути элементарного потока dF при
условии отсутствия потерь по пути. В действительности после
прохождения через систему приведенная яркость луча В\п2 умно-
жается на некоторый коэфидиент /е, который всегда меньше еди¬
ницы. Коэфициент k определяет прозрачность оптической системы
на пути потока dF. Практически он одинаков для большинства
лучей и может быть назван козфициентом прозрачности всей
системы.
Коэфициент k всегда меньше единицы вследствие: 1) потерь
при преломлении у каждой поверхности, так как некоторая часть
световой энергии отражается; 2) потерь из-за поглощения стек¬
лом; 3) потерь вследствие загрязнения поверхности стекла пылью,
налетами и т. д. и вследствие пузырей и камешков, вкрапленных
в стекло.
Падая на идеально полированную поверхность под углом /
с нормалью к поверхности, луч отчасти отражается, и коэфи-
62
Рис. 40.
циент k претерпевает изменение в раз, причем:
(97)
Для углов i и i' меньших 30° коэфициент k может быть на¬
писан в виде:
Рис. 41.
Рис. 40 показывает зависимость коэфициента от угла па¬
дения i в случае, когда п= 1 и я'= 1,63.
Если луч проходит через обе поверхности линзы, его при¬
веденная яркость претерпевает дважды изменение в &(1) раз,
а всего в раз. Рис. 41 дает график зависимости квадрата
коэфициента от отношения показателей преломления njn'-
Угол падения i принят равным 0°.
Если система состоит из нескольких склеенных линз, она
равноценна (в отношении потерь на отражение) одной простой
линзе из стекла с показателем преломления, равным арифметиче¬
ской средней из показателей составляющих линз.
Потери поглощением зависят от химического состава стекла, от
пути луча в данном стекле и от длины волны луча. Коэфициент к
при прохождении луча через толщину е стекла претерпевает измене¬
ние в k{2) раз, причем:
где с — коэфициент поглощения данного стекла для некоторой
длины волны (или суммарный коэфициент для всей визуальной
части), а е — толщина, обычно выражаемая в сантиметрах. Коэфи¬
циент с для оптических сортов стекла при белом свете имеет
значения около 0,004 в лучшем случае для обыкновенных кро-
нов; он достигает 0,01 — 0,02 для некоторых сортов стекла, каю
тяжелые флинты и т. п. (ср. стр. 86).
График рис. 41 дает зависимость от толщины стекла
(в сантиметрах) при различных значениях с.
Расчет общего коэфициента прозрачности k оптической си¬
стемы производится по формуле:
где индексы у указывают номера поверхностей, а индексы
у £(2)— номера средин. Удобнее разбить систему на линзы и для
каждой из них по вышеуказанному правилу снять значение
с графика рис. 41. Для вычисления величин складывают тол¬
щины всех стекр^ у которых коэфициент с общий, и по графику
рис. 41 находят их коэфициент пропускания. Произведение всех
коэфициентов [&(!)]2 и &(2) дает искомый результат.
Пример. Расчет потерь света в бинокле следующей конструкции:
объектив двухлинзовый склеенный, две призл ы, окуляр Кельнера
с характеристиками, приведенными в таблице на стр. 65.
Объектив и глазная линза окуляра в отношении потерь на отра¬
жение равноценны простым линзам с показателями: для объектива п = 1,59,.
для окуляра п = 1,58. Для них [£^]2 соответственно (из рис. 41) равно*
64
п
Поглощение
на 1 см
Толщина е
мм
1. Первое стекло объектива . . .
1,57
0.02
10
2. Второе в „ ...
1,61
0,01
4
3. Первая призма
1,57
0,01
50
4. Вторая я
1,57
0,01
50
5. Коллектив окуляра
1,51
0.02
6
6. Крон глазной линзы
1,55
0,02
8
7. Флинт „ *
1.61
0.01
2
0,899 и 0,901. Для призмы [£^J2 равно 0,904, для коллектива — 0,919.
Произведение всех коэфнцнентов равно:
0,899 * 0,901 • (0,904)2.0,919 = 0,607.
Коэфнциент прозрачности № всей системы получается как произ¬
ведение:
0(9gfe.4+5 + J+0.4.0f9e|l+*.« + 0.4 =0j99'»V0i98M.
График рис. 41 дает для 0,9910'6 значение ^2)= 0,900, для 0,983’4 —
значение 0,954.
Произведение £*2)для всей снетемы равно 0,859.
Общий коэфнциент пропускаемое™ равен:
0,607 • 0,859 = 0,521.
Зак. 37У0. Слравочн. кн. оптико-мехашша.
Глава I
ФИЗИЧЕСКАЯ ОПТИКА
§ 1. Природа света
Историю изучения природы света следует начинать с XVII
века. Именно в это время Рёмер (Roemer, 1644 —1710 гг.) дока¬
зал конечность скорости распространения света, Гримальди (Gri¬
maldi, 1618—1663 гг.) открыл дифракцию света, Ньютон (New¬
ton, 1642—1727 гг.) — его дисперсию, простые цвета и
периодичность, Бартолинус (Bartolinus, 1625—1698 гг.)—двой¬
ное лучепреломление в исландском шпате. В это же время де¬
лаются первые, если не считать гениальных догадок греческих
философов, попытки теоретического осмысливания наблюдаемых
явлений: Ньютон развивает корпускулярную теорию света (теория
истечения), Гюйгенс (Huygens, 1629—1695 гг.) кладет начало
волновой теории.
Все дальнейшее трехвековое развитие оптики прежде всего
доказывает нам материальность света. Факты современной физики
подтверждают это с особой наглядностью. При определенных
условиях наблюдаются превращения квантов света (фотонов)
в частицы обычного вещества (в электроны). Имеют место и обрат¬
ные процессы превращения обычного вещества в излучение. Не¬
удачно названные процессами аннигиляции (уничтожения) материи*
эти процессы доказывают лишь то, что сам свет материален.
Материя света качественно своеобразна. Те движения материи,
которые мы воспринимаем как разного рода излучения, не могут
быть объяснены в рамках обычных механических законов.
Своего кульминационного пункта теория оптических явлений
в XIX веке достигла с возникновением электромагнитной теории
света Максвелла (Maxwell, 1831 —1879 гг.). Правильно объясняя*
в сочетании с электронной теорией Лорентца (Lorentz), все
известные тогда оптические явления» электромагнитная теория
Максвелла, казалось, полностью разрешала проблему природы
света.
Свет есть периодические колебания электрической и магнит¬
ной силы, распространяющиеся в пространстве со скоростью
300 000 kmJсек. Носитель этих колебаний — электромагнитный
эфир — был наделен Лорентцом свойством абсолютной непо¬
движности»
Однако уже в 1880 г. Майкельсон (Michelson) своими опытами
разрушил идею неподвижного эфира. Стало несомненным, что
электромагнитный эфир в смысле Лорентца не существует. Недо¬
статочность электромагнитной теории сказалось уже в том, что
эта теория ничего не могла сказать о свойствах среды, в кото¬
рой должны распространяться электромагнитные колебания. Это
во-первых.
Во-вторых на рубеже XIX и XX веков, особенно же в XX
веке, физика сталкивается с такими явлениями, которые вовсе не
укладываются в рамки электромагнитной теории света. Сюда от¬
носятся излучение абсолютно черного тела, фотоэлектрический
эффект, процессы испускания и поглощения света, эффект Комп¬
тона (Compton), эффект Рамана (Raman) и др. Эта группа явлений
объяснялась квантовой теорией. Но зато объяснение таких явле¬
ний, как дифракция и интерференция света, было недоступно
новой теории. Наступили времена сосуществования двух суще¬
ственно разнородных теорий: теории непрерывного процесса (волно¬
вого) электромагнитной и теории корпускулярных процессов —
квантовой. Эти две теории построены на совершенно различных
принципах, и все попытки, которые раньше делались, соединить
их в одну ничего не давали. Это и понятно; правильное решение
вопроса о природе света заключается не в каком-то объединении
этих двух теорий на базе одной из них, а в создании новой тео¬
рии, объединяющей в одном процессе и волновую и корпускуляр¬
ную природу этого процесса.
В последние 10 лет делается много попыток в этом направле¬
нии, и современная волновая механика, рассматривающая движение
элементарных частиц материи вместе с волновым процессом, с этим
движением связанным, сделала уже большие успехи, но здесь еще
далеко до окончательного решения вопроса.
Для практического описания световых явлений мы можем поль¬
зоваться прежней электромагнитной теорией света тем более, что
уравнения электромагнитной теории сохраняются в неизменном
виде как предельный случай уравнений волновой механики. Поэтому
нет никакого внутреннего противоречия между тем, что было ска¬
зано выше о природе света, и тем, что основы физической
оптики мы будем трактовать, исходя в первую очередь из поло¬
жений теории Максвелла.
§ 2. Распространение света в изотропных средах
Основные уравнения электромагнитной теории света Макс¬
велла. Основные уравнения электромагнитной теории света
5* 67
являются обобщением известных законов электрических и магнит¬
ных явлений и имеют в векториальной форме следующий вид:
—У
Здесь: Е— напряжение электрического^ поля (электрическая
сила), В — магнитная индукция, Н—напряжение магнитного поля,
—> -►
D — вектор электрической индукции (dDjdt — плотность тока сме-
-»
щения), j—плотность тока, р— плотность электрических заря¬
дов, с — скорость света.
Уравнение (1) является математическим выражением явления
индукции, открытого Фарадеем. Уравнение (2) показывает, что
истинный магнетизм отсутствует (нет магнитных зарядов, наподобие
зарядов электрических) и что следовательно линии магнитной
индукции всегда замкнуты. Уравнения (3) и (4) служат соответ¬
ственно обобщениями закона Био и Савара и закона Кулона.
Если через е, и а обозначить соответственно диэлектриче¬
скую постоянную, магнитную проницаемость и электро-
—>> —> —► —у
проводность вещества, то между величинами Е, В, Н, D и j
существуют такие три соотношения:
Присутствие множителя 1 je в правой части уравнений (1) и (3)
объясняется тем, что в этих уравнениях электрические величины
-> —>•
dDfdt, Е и j приводятся в электростатических единицах, а ма-
гнитные величины d/Hdt и Н—в электромагнитных единицах.
Диэлектрическая постоянная в и магнитная проницаемость — от¬
влеченные числа. Для пустоты e = jjL=l. В материальных телах
вф 1. Что касается магнитной проницаемости р, то для боль¬
шинства тел ja = 1. Для тел парамагнитных ^>1, а для диамаг¬
нитных ^ < 1.
Сферические волны. Опыты Герца (Hertz, 1857 —1894 гг.)
показали, что распространяющиеся со скоростью света электро¬
магнитные волны возникают всякий раз, когда в данном месте
68
пространства осуществляются периодические изменения электриче¬
ского напряжения (колебательный разряд). Атом или молекулу
вещества можно рассматривать как нейтральную электрическую
систему элементарных осцилляторов (заряды, совершающие коле¬
бания) с переменными электрическими моментами. Вокруг такого
осциллятора, как в опытах Герца вокруг разрядника, возникает пере¬
менное электромагнитное поле, распространяющееся со скоростью
света с. Если элементарный осциллятор находится в точке О
(рис. 42) и его периодически изменяющийся электрический мо¬
мент есть:
2тг
Р = Ро cos — t,
то в точке С, расположенной на достаточно большом расстоя-
нии R от осциллятора, напряжения электрического и магнитного
поля в силу уравнений Максвелла равны:
где Ü — угол между направлением R и на-
->
правлением электрического момента р. При
выводе (6) предполагается, что е = р = 1
(распространение волн в пустоте).
Так как р есть периодическая функция
времени, то й р (вторая производная момен¬
та по времени) есть тоже периодическая
функция времени. В силу (6) абсолютные значения Е и Н
в каждой точке пространства будут изменяться с тем же перио¬
дом Г, с каким совершаются изменения момента. На одном и
том же расстоянии от точки, О фазы Е и Н будут всегда одина¬
ковы. Назовем поверхность одинаковых фаз изменений Е и //
электромагнитной волной. В рассматриваемом нами случае эта
электромагнитная волна согласно (6) будет сферической. Значения
Е и И будут уменьшаться прямо пропорционально расстоянию
от точки О. ;
Можно показать, что Е и И взаимно перпендикулярны и что
кроме того они перпендикулярны к направлению /?. Электро¬
магнитные волны суть поперечные волны.
Скорость света. Лучистая энергия (электромагнитные волны)
распространяется со скоростью:
с = (2,99796 ± 0,00004) • 1010t сл/сек.,
или, округляя, с = 300 000 км/сек.
Определенная целым рядом различных методов величина скоро¬
сти авета может считаться установленной достаточно точно. Скорость
света — максимальная из всех известных вообще скоростей. Со-
Т а б л и
Электромагнитные волны
Род лучей
Длины волн
Свойства
Y-лучи
0,00557—0,27
Крайне проникающие
Рентгеновы лучи
жесткие
0,057—1,2
Проникающие
—
Рентгеновы лучи
мягкие
1,2—13,3
Мало и даже почти вовсе не про¬
никающие; сильно поглощаются
воздухом
Область переход¬
ная к крайним
ультрафиолетовым
лучам
13,3-375
Поглощаются воздухом
Ультрафиолетовые
лучи. Область Мил-
ликена
136-510 ,
Поглощаются воздухом
Ультрафиолетовые
лучи. Область Лай¬
мана
510—1 220
Поглощаются воздухом
Ультрафиолетовые
лучи. Область Шу¬
мана
1 220—1 800
Поглощаются воздухом
Ультрафиолетовые
лучи. Длинно-вол¬
новая область
1 800—3 600;
От 1 200
, 1500
и 1700
„ 2 000
„ 3 000
, 3 400
Проходят через воздух
* флюорит
кварц
каменную соль
„ „ известковый шпат
„ „ увиолевое стекло
п „ обычное стекло
1 Заимствована из Müller-Pouillets, Lehrbuch der Physik.
70
ца 9 1
о
(длины волн в А)
Способы возбуждения
Способы исследования
Радиоактивный распад
Измерения скоростей свободных фото¬
электронов; вычисление длин волн из
уравнения Эйнштейна
Трубки Кулиджа и Лилиенфельда
I) дифракция при прохождении через
кристаллы; 2) отражение от кристал¬
лов; 3) метод Брэгга; 4) метод Дебая
и Шерера; 5) метод электронного
удара
Обычные рентгеновские трубки
с окошком
Возбуждение электронным ударом
Косвенные методы: 1) определение
потенциала возбуждения; 2) измерения
скоростей свободных фотоэлектронов
Взрывной искровый разряд. Ду¬
говой разряд (Симеоа)
Вогнутая отражательная решетка (спе¬
циальные требования к нанесению
штрихов); вся аппаратура в высоком
вакууме
Искровый разряд и дуга в ва¬
кууме
i 1
Вогнутая отражательная решетка; вся
аппаратура в вакууме
,
| Гейслеровские трубки
|
Вакуумный спектрограф с флюорито-
вой оптикой. Фотопластинки без же¬
латины
Дуговой и искровый разряд ме¬
жду металлическими электродами;
разрядные трубки и т. д. Непре¬
рывный спектр: водородная труб¬
ка, вольфрамовая лампа, лампа
Нернста и др.
Спектрографы с кварцевой оптикой;
решетка. Обнаруживаются фотогра¬
фически или с помощью фотоэлемента
71
Род лучей J Длины волн
Свойства
Видимые лучи
3 900—7 600
От 3 900
, 4 500
, 5 200
, 5 700
■ 6 5С0
Фиолетовые
Голубые
Зеленые
Желтые
Красные
Короткие инфра¬
красные лучи
7 600-225000
До 22 000
„ 42 000
„ 95000
, 230 000
Проходят через известковый шпат
„ кварц
флюорит
сильвин и камен¬
ную соль
Длинноволновые
инфракрасные
лучи
230000—
—4 000 000 =
==0,4 мм
От 500 000 проходят через кварц
При 85 000; 90 000;
207 500
Металлическое отражение от
кварца j
При 240 000,
316000
Металлическое отражение от флюо¬
рита
При 512 000
Металлическое отражение от ка¬
менной соли
При 611 000
Металлическое отражение от силь¬
вина
Область переход¬
ная к коротким
лучам Герца
0,1 — 50 мм
Проходят через стекло, каучук
и т. д.
Лучн I ерца
1,8—300 мм
Проходят через все диэлектрики
Электромагнитные
волны
300 мм—30 км
и более
Проходят через все диэлектрики
72
Продолжение
\
Способы возбуждения j
Способы исследования
Окрашенные пламена, дуги, искры,
разрядные трубки
Непрерывный спектр, распростра¬
няющийся далеко в инфракрасную
и ультрафиолетовую части: лампа
Нернста, ауэровская горелка,
лампы накаливания с металличе¬
скими и угольными нитями
Спектрографы со стеклянной оптикой,
решетки, интерференционные спектро¬
скопы
Обнаруживаются: визуально, фото¬
графически и с помощью фото- или
термоэлемента
Зеркальный спектрограф
Обнаруживаются с помощью: 1) бало-
метра и гальванометра; 2) термостол¬
бика и гальванометра; 3) радиометра;
о
4) микрорадиометра; 5) до 12 000 А
сенсибилизированные фотографиче¬
ские пластинки; 6) рубидиевые или
цезиевые фотоэлементы
Ауэровская горелка
Кварцевая ртутная лампа
Решетка
Обнаруживаются как и короткие ин¬
фракрасные лучи
1) изолируются по методу остаточных
лучей; 2) метод кварцевых линз
Излучатель Глаголевой
Аркадьевой
Интерферометр Больтцмана
Осциллятор Герца
Резонатор Герца
Радиопередатчик
Радиоприемник
п
гласно.теории относительности она является предельной по вели¬
чине скоростью и скорости, большие скорости света, невозможны.
Длина волны, частота. Если Т—период, а с — скорость рас¬
пространения электромагнитной волны, то в точках вдоль направ¬
ления R (направление распространения электромагнитной волны),
отстоящих друг от друга на расстояниях:
электрическая и магнитная силы будут находиться в одинаковой
фазе. Величина X называется длиной волны.
Назовем частотой величину:
Частота численно равна числу колебаний электрической и ма¬
гнитной сил в единицу времени.
В CGS-системе единиц частота измеряется в обратных се¬
кундах (сек.““1), а длина волны — в сантиметрах (см). Так как
длины волн видимого света весьма малы, то они часто приводятся
или в микронах (ja), или в миллимикронах (м\ь)у или в ангстре¬
мах (А):
1
В табл. 9 приведены электромагнитные волны различных
длин волн.
Плоские волны в диэлектрике. На достаточно большом рас¬
стоянии от осциллятора, совершающего гармонические колебания,
ограниченную часть сферической волны можно считать плоской.
С помощью зеркал или линз сферическую волну всегда можно
превратить в плоскую.
Предположим, что плоская волна распространяется в диэлек¬
трике (р = 0). Возьмем такую координатную систему, чтобы плос¬
кость одинаковых фаз была перпендикулярна плоскости хz. Тогда
уравнения Максвелла значительно упростятся, так как все произ¬
водные по у будут равны нулю. Мы имеем:
В частном случае, когда направление нормали к волне совпа¬
дает с направлением оси Z, Нв = Ев — 0. Вместо б уравнений
(7) мы имеем тогда 4 уравнения:
:w
Если опустить в (8) индексы, то нетрудно получить, вместо
каждой пары уравнений, два такие:
(9)
Решения этих уравнений в форме Даламбера имеют вид:
где Fe и Fk — произвольные функции аргумента
Таким образом действительно величина электрической и маг¬
нитной сил изменяется и во времени и в пространстве; мы имеем
электромагнитный процесс, распространяющийся в пространстве
(вдоль оси Z) со скоростью сг Подставляя (10) в уравнение
Максвелла (7), легко получить такое соотношение:
Отношение скорости света в пустоте к скорости света в среде
с диэлектрической постоянной е и магнитной проницаемостью
равно корню квадратному из произведения этих величин. Но
с другой стороны отношение скоростей света в пустоте и в среде
равно показателю преломления вещества п. Отсюда пЬлучается
фундаментальное соотношение электромагнитной теории:
.оо
Так как электромагнитная волна есть распространяющееся со
скоростью света периодическое колебание электрической и маг¬
нитной сил, то вик функций (10) не может быть произволь¬
ным. Функции (10) должны быть периодическими функциями
времени.
В случае, рассмотренном в начале этого параграфа, электриче¬
ская сила равна:
где cp — угол между направлением нормали к плоской волне
->
и осью Z, Е0— амплитуда электрических колебаний. Аналогичное
выражение имеет место и для магнитной силы. Уравнение (12)
есть уравнение плоской волны.
Заметим, что уравнение:
есть уравнение плоскости одинаковых фаз.
Связь величин электромагнитной теории с величинами фре~
нелевой волновой теории. Согласно волновой теории Френеля
(Fresnel, 1788—1827 гг.) распространение световой волны есть
распространение периодического возмущения в упругом эфире.
Частички эфира в направлении, перпендикулярном к направлению
распространения света, совершают гармонические колебания. Как
мы видели, электромагнитные волны тоже суть волны поперечные.
При этом оказывается, что направление колебаний частицы эфира
(световой вектор) в теории Френеля совпадает с направлением
электрического поля световой электромагнитной волны.
Плоскостью поляризации называется плоскость, перпендику¬
лярная к плоскости, в которой совершаются колебания. В электро¬
магнитной теории плоскость поляризации совпадает очевидно
(в силу взаимной перпендикулярности электрической и магнитной
сил) с плоскостью, проходящей через вектор магнитной силы
и луч (направление распространения света).
В случае уравнений (7) три левые уравнения соответствуют
лучу, поляризованному перпендикулярно к плоскости падения.
Действительно, эти уравнения содержат лишь величины Е^ Ее, Ну>
т. е. электрические колебания происходят в плоскости падения.
Лучу, поляризованному в плоскости падения, соответствуют другие
три уравнения. Они содержат только величины Еу, Нх, Не. Коле¬
бания электрической силы в этом луче, как и следует из опреде¬
ления, совершаются перпендикулярно плоскости падения.
Вектор Пойнтинга. Уравнение луча. Вектором Пойнтинга
Р называется вектор, направление которого образует с направ-
лениями электрической Е и магнитной Н сил электромагнитной
волны правовинтовую систему (рис. 43), а численная величина
которого равна:
т. е. количеству электромагнитной энергии, протекающему в еди¬
ницу времени через площадку в 1 см*. Направление вектора Пойн¬
тинга есть направление распространения энергии электромагнитной
волны. Это направление назовем световым лучом.
76
Если в некоторой точке светового луча (рис. 44) колебание
электрической силы задается выражением:
то на расстоянии х от этой точки электрическая сила:
(14)
В теории гармонических колеба¬
ний это уравнение называется урав¬
нением луна.
Рис. 44.
Принцип Гюйгенса. Содержание принципа Гюйгенса состоит
в предположении, что каждую точку волны можно принять за
исходную точку новых волн. Огибающая поверхность этих элементар¬
ных волн составляет фронт настоящей волны в новый момент времени.
Принцип Гюйгенса весьма важен для объяснения явлений
дифракции.
Преломление и отражение плоских волн. Для вывода зако¬
нов отражения и преломления плоских волн при переходе нз среды
с диэлектрической постоянной гг в среду с диэлектрической по¬
стоянной е2 следует принять во внимание условия на границе
двух сред. Если граница есть плоскость, совпадающая с плоско¬
стью ХУ, то пограничные условия имеют следующий вид:
Магнитную проницаемость ja обеих сред мы считаем равной
единице. Используя для Е выражение (12), мы в силу (13) полу¬
чаем известные законы отражения и преломления.
1. Луч падающий и луч отраженный лежат в одной плоскости
с перпендикуляром, восставленным из точки падения к поверх¬
ности раздела.
2. Угол отражения равен углу падения.
3. Луч падающий и луч преломленный лежат в одной пло¬
скости с перпендикуляром, восставленным из точки падения
к поверхности раздела.
77
Рис. 43.
4. Отношение синуса угла падения (ср) к синусу угла прелом¬
ления (^) есть величина постоянная, равная отношению скорости
света в первой среде к скорости света во второй:
Это постоянное отношение называется показателем прелом¬
ления второй среды относительно первой или, если первой средой
была пустота или воздух, просто показателем преломления.
При выводе законов отражения и преломления следует помнить,
что поле в первой среде складывается из поля падающей и от¬
раженной волн.
Принцип Ферма. Оптическая длина пути. Законы отражения
и преломления света могут быть получены на основании сообра¬
жений, в корне отличных от примененных нами в предыдущем
параграфе, а именно на основании принципа Ферма (Fermat,
1608—1655 гг.). Согласно принципу Ферма свет распространяется
по тому пути, для прохождения которого будет затрачено наимень¬
шее время. Формулируя этот принцип математически, можно
утверждать, что свет пойдет от некоторой точки А к некоторой
точке В по такому пути, для которого вариация интеграла:
Здесь : äs — элемент пути, сп — скорость света в среде; сле¬
довательно äsjcn — время, необходимое для прохождения пути ds.
Умножая предыдущее выражение на скорость света с в пустоте,
получаем другую математическую формулировку принципа Ферма:
где п — показатель преломления вещества, вообще говоря являю¬
щийся функцией точки п = п{х, у, z). Произведение nds назы¬
вается оптической длиной элемента пути% а
ской длиной всего пути AB. В силу (16а) свет распространяется
по тому пути, оптическая длина которого наименьшая.
Полное внутреннее отражение. Переход света из среды
с ббльшим показателем (оптически более плотная среда) в среду
с меньшим показателем преломления (оптически менее плотная
среда) может осуществляться не при любых углах. Предельный
7?
угол падения для случая перехода из среды в пустоту (рис. 45)
определится из условия:
При углах падения ср, бблыних предельного, sin ^ будет больше
единицы, что невозможно. Свет не выйдет из среды, а полностью*
отразится от поверхности
раздела. Это явление носит
название явления полного
внутреннего отражения.
Формулы Френеля. Поляризация света при отражение
и преломлении. Обозначим значками pus соответственно ком¬
поненты электрической силы в плоскости падения и перпендику¬
лярно к ней (рис. 46), а значками (ß), (г) и (ä) — соответственно
падающую, отраженную и преломленную волны. Тогда из уравне¬
ний Максвелла (7) и из условий на границе двух сред (15) для
отраженного луча получим формулы Френеля:
Рис. 45.
Рис. 46.
для преломленного луча:
Если падающий свет был естественным, т. е. естЕ^ = Е^9
то после отражения или преломления он оказывается частично
7%
поляризованным. Действительно, из (17) следует, что: Е ^) ф Е^
и Er(d> f Es(d).
В частном случае, когда сумма углов падения и отражения
равна прямому углу: Е^г)== 0.
Следовательно в отраженном луче колебания электрической
силы совершаются только в плоскости, перпендикулярной пло¬
скости падения. Иными словами отраженный луч полностью поля¬
ризован в плоскости падения. Из закона преломления и условия,
что <р -f- ^ = 90°, следует, что полнея поляризация отраженного
света имеет место тогда, когда тангенс угла падения равен пока¬
зателю преломления:
tg® = n. (18)
Это соотношение известно как закон Брюстера (Brewster).
Нетрудно видеть, что полная поляризация преломленного луча
никогда не имеет места.
Коэфициент отражения. Случай нормального падения.
В случае нормального падения (<р = ^ = 0) формулы Френеля ста¬
новятся неопределенностями. Однако из пограничных условий легко
непосредственно вывести выражения для E^r\ E}r)yE^d) и E^d).
Они имеют следующий вид:
(20)
Так как электрическая энергия пропорциональна квадрату Е,
то из (19) мы получаем такое выражение для коэфициента отра¬
жения в случае нормального падения:
Для стекла (п = 1,5)г= 0,04. На каждой поверхности свет те¬
ряет благодаря отражению 4% своей интенсивности.
Отражение от металлов. Формулы Френеля для случая отраже¬
ния от металлов непригодны. При их выводе мы предполагали элек¬
тропроводность обеих сред равной нулю, чего теперь делать нельзя.
Для случая нормального падения лучистой энергии на поверхность
полупроводника коэфициент отражения оказывается равным:
Для металлов n — k аТ, где а — коэфициент электропровод¬
ности, k — коэфициент поглощения, a Т—период колебания света;
следовательно:
§ 3. Распространение света в анизотропных телах
(23)
Можно выбрать такую систему координат, в которой все е,
кроме гххУ zyy и е23, равны нулю. Такая система координат носит
название главной. В этой системе координат и решаются уравнения
Максвелла. Решение их приводит к известному факту, что плоская
волна, упавшая на поверхность кристалла, преломившись, распро¬
страняется внутри него с двумя вообще говоря различными и по
величине и по направлению скоростями. Это явление носит на¬
звание двойного лучепреломления.
Если узкий параллельный пучок света падает нормально на по¬
верхность кристалла исландского шпата так, как это показано
6 Зак. 3730. Справочн. кн. оптико-механика. 81
Известковый шпат. Из большого количества анизотропных
тел для оптики наибольший интерес представляют кристаллы.
В зависимости от оптических свойств кристаллы делятся на дои
группы:
1) кристаллы правильной системы (например куб и октаэдр);
эти кристаллы оптически изотропны, и мы их рассматривать
не будем;
2) кристаллы одноосные (кристаллы квадратной и гексаго¬
нальной системы);
3) кристаллы двуосные (ромбическая, одноклиномерная, дву-
клийомерная системы).
К кристаллам одноосным относятся в частности известковый
шпат (исландский шпат, кальцит, СаС03) и кварц. Известковый
шпат прозрачен, бесцветен и кристаллизуется в форме ромбоэдра.
Кристалл его ограничен шестью ромбами с тупым углом в 101,5°.
Прямая, соединяющая те две вершины, в которых сходятся три
тупые угла, называется главной кристаллографической осью. Всякая
прямая, параллельная последней, носит название оптической оси.
Плоскость, параллельная оптической оси, называется главным се¬
чением^
Двойное лучепреломление в известковом шпате. Для теоре¬
тического рассмотрения явления распространения света в анизо¬
тропной среде, например в исландском шпате, можно воспользо¬
ваться попрежнему уравнениями Максвелла. Для кристаллов мы
опять можем считать электропроводность а = 0, а магнитную прони¬
цаемость \i одинаковой по всем направлениям и равной единице.
Напротив того, диэлектрическая постоянная в различных напра¬
влениях различна. В силу этого связь между вектором электри¬
ческой индукции D и электрическим напряжением Е будет иметь
следующий вид:
на рис. 47,» то из него выходят два луча света. Один из них
прошел через кристалл без преломления, второй — преломился.
Первый называется необыкновенным лучом, второй — обыкновенным.
Показатель преломления обыкновенного луча не зависит от угла
падения и для линии DNa равен 1,65. Колебания электрической
силы обыкновенного луча совершаются перпендикулярно главному
сечению, т. е. этот луч поляризован в плоскости главного сечения.
Показатель преломления необыкновенного луча изменяется в за¬
висимости от угла падения. Его величина для линии DNa колеб¬
лется от 1,48 до 1,65. Он достигает своего наибольшего зна¬
чения (1,65), когда луч идет параллельно оптической оси. Если
луч идет перпендикулярно последней, то показатель преломления
имеет наименьшее значение (1,48). В общем
случае, когда необыкновенный луч образует
с оптической осью угол о, его показатель
преломления:
где п0 — показатель преломления обыкновен¬
ного луча, а пе — показатель преломления
необыкновенного луча для данной длины
волны в направлении, перпендикулярном
оптической оси.
Колебания электрической силы в необык-
новенном луче совершаются в плоскости
главного сечения: необыкновенный луч по¬
ляризован в плоскости, перпендикулярной
к плоскости главного сечения.
Френелева волновая поверхность в известковом шпате. В со¬
ответствии с двумя скоростями распространения обыкновенного
и необыкновенного лучей в кристалле исландского шпата мы будем
иметь и две волновые поверхности. Если центр световых коле¬
баний находится внутри известкового шпата, то обыкновенная
волна будет распространяться во все стороны с одинаковой ско¬
ростью, 'и ее фронт будет представлять собой шаровую поверх¬
ность. Необыкновенная волна будет распространяться в различные
стороны с неодинаковыми скоростями. В направлении, параллельном
оптической оси, скорость необыкновенной волны будет наименьшей
и равной скорости обыкновенной волны. В направлении, перпен¬
дикулярном оптической оси, скорость необыкновенной волны наи¬
большая; она в 1,65/1,48 раз больше скорости обыкновенной
волны. При других направлениях необыкновенного луча скорость
его будет принимать все промежуточные значения. Волновая по¬
верхность необыкновенной волны есть поверхность эллипсоида
вращения.
Таким образом волновая поверхность преломленной в извест¬
ковом шпате волны состоит из двух поверхностей: из поверхности
шара и из поверхности эллипсоида вращения (рис. 48). Такая вол¬
82
Рис. 47.
новая поверхность называется срренелевой. Диаметр шара равен
малой полуоси эллипсоида. Большая полуось относится к малой
как 1,65/1,48. Большая полуось направлена параллельно оптиче¬
ской оси кристалла.
Следует заметить, что для необыкновенной волны направление
нормали не совпадает с направлением необыкновенного луча.
Поэтому следует различать скорость волны и скорость луча.
Отрицательные и положительные одноосные кристаллы. Все
одноосные кристаллы (квадратной и гексагональной систем) обла¬
дают такими же оптическими свойствами, как и известковый шпат,
т. е. в них тоже происходит явление двойного лучепреломления.1
Однако в зависимости от характера волновой поверхности необык¬
новенной волны их можно разделить на две группы. Если эллип¬
соид френелевой волновой поверхности удлинен, как в случае
известкового шпата, в направлении, перпендикулярном к оптиче¬
ской оси (рис. 48), то такой кристалл называют отрицательным
одноосным; если же эллипсоид френелевой волновой поверхности
удлинен в направлении оптической оси (рис, 49), то кристалл на¬
зывают положительным одноосным. К положительным одноосным
кристаллам относится например лед.
Двойное лучепреломление в турмалине. Дихроизм. Турмалин
(силикат сложного состава) кристаллизуется в гексагональной
форме. Обыкновенный луч им полностью поглощается. Из пла¬
стинки турмалина выходит всегда только один необыкновенный
луч и то сильно ослабленный. Свойство кристалла пропускать
только обыкновенный или только необыкновенный луч называется
дихроизмом.
Эллиптическая поляризация. Если на поверхность AB (рис. 50)
плоскопараллельной пластинки, вырезанной из одноосного кри¬
сталла, падает плоская волна CD, то по выходе из кристалла
обыкновенная и необыкновенная волны не разделятся так, как это
происходит с узким параллельным пучком. Возникнет плоская
волна, колебания в которой будут складываться из взаимно пер¬
пендикулярных колебаний обыкновенной и необыкновенной волн.
6 83
Рис. 48.
Рис. 49.
Между последними будет существовать некоторая разность фаз,
так как оптические пути для обыкновенной и необыкновенной
волн не равны друг другу. Пусть Е0 и Ее — амплитуды обыкно¬
венной и необыкновенной волн, 80 и 8в— то изменение фазы, ко¬
торое претерпели обе волны, пройдя пластинку кристалла. Коле¬
бания электрической силы обыкновенного и необыкновенного лучей
можно задать соответственно следующим образом:
Это есть уравнение эллипса с центром в начале координат.
Св^т, выходящий из кристалла, эллиптически поляризован.
В зависимости от вещества
пластинки, ее толщины, угла па¬
дения и положения оптической
оси в пластинке разность фаз
обыкновенного и необыкновен¬
ного лучей будет различна. Рас¬
смотрим частные случаи.
1. 80 — 8в = пъ \ уравнение
прямой линии:
3. Если кроме того Е0 — Ее1 то мы получаем уравнение:
т. е. уравнение круга. В этом случае свет поляризован по кругу,
т. е. вектор электрической силы, не изменяясь по величине, изме¬
няется лишь по направлению, совершая круговое движение вокруг
направления луча. При этом если 80— 8в = 2т: п -j-*-]- , то дви-
жение происходит против часовой стрелки, если же 80 — 8б =
84
Рис. 50.
Плоская волна, выходящая из
кристалла линейно поляризована.
2. 80 — Ье = (2п -f-1) уравнение (24) принимает вид урав-
нения эллипса, отнесенного к осям:
= 2т:я , то по часовой стрелке (наблюдатель смотрит против
направления распространения света).
Линейную поляризацию можно обнаружить например с помощью
николя. Для обнаружения же лучей, поляризованных по кругу,
перед николем приходится ставить так называемую пластинку
в а/4 волны, сообщающую двум поляризованным лучам, из нее
выходящим, разность хода в */4Х. С помощью этой пластинки
свет, поляризованный по кругу или по эллипсу, превращается
в свет, поляризованный прямолинейно.
Вращение плоскости поляризации в кварце. Вырежем пла¬
стинку исландского шпата перпендикулярно оптической оси и вставим
ее между двумя скрещенными николями параллельно проходящему
свету. И в присутствии и в отсутствии этой пластинки свет через
такую систему не сможет пройти.
Если пластинку заменить кварцевой, то свет будет проходить
при скрещенных николях. Повернув николь-анализатор на неко¬
торый угол, мы можем вновь добиться темноты, если падающий
пучок монохроматический. Таким образом совершенно очевидно,
что кварц вращает плоскость поляризации. Объяснение явления
вращения плоскости поляризации было дано Френелем. Последний
предположил, что прямолинейно поляризованный луч, попадая
на поверхность кварца, распадается на два луча, поляризованных
по кругу. Эти лучи распространяются внутри кварца с различ¬
ными скоростями. Возникает некоторая разность фаз, зависящая
от толщины h пластинки, длины волны X и показателей прелом¬
ления пх и я2 обоих лучей. При выходе из кварца оба луча будут
попрежнему поляризованы по кругу. В результате их сложения мы
получим луч, поляризованный прямолинейно. Но плоскость поля¬
ризации выходящего из кварца луча будет составлять с плоскостью
поляризации падающего луча угол:
Это и есть угол поворота плоскости поляризации. В зависи¬
мости от того, в какую сторону повернулась плоскость поляри¬
зации, различают право- и левовращающие кварцы (обычно го¬
ворят просто „правый“ и „левый кварц").
Вращение плоскости поляризации, вызванное пластинкой в 1 мм
толщиной, называется удельным вращением.
Удельное вращение, как это видно из формулы (25), зависит
от длины волны. Эта зависимость называется дисперсией вращения
плоскости поляризации.
Поляризационные явления в магнитном и электрическом
волях. Магнитное и электрическое поля на электромагнитную
волну непосредственного влияния йе оказывают. Но, действуя
на некоторые вещества, они вызывают изменение оптических
85
свойств последних. Изучение этих изменений составляет предмет
специальных отделов оптики — электрооптики и магнитооптики.
Спектральные линии источника света, помещенного в магнитное
(эффект Зеемана) или электрическое (эффект Штарка) поля, ока¬
зываются расщепленными на ряд компонентов. Расщепление сопро¬
вождается определенными поляризационными явлениями, характер
которых зависит от того, производится ли наблюдение вдоль (про¬
дольный эффект) или поперек (поперечный эффект) направления
соответствующих полей.
Прозрачные изотропные вещества в магнитном поле вращают
плоскость поляризации (эффект Фарадея), а в электрическом поле
приобретают способность двойного лучепреломления (эффект
Керра).
§ 4. Распространение света в поглощающих средах
Дисперсия света. Теория Максвелла рассматривает материю
как нечто непрерывное. Устанавливая связь между электрическими
и оптическими величинами, она не может дать зависимости от
длины волны. Действительно, согласно теории Максвелла [см. фор¬
мулу (11)] показатель преломления п—У'е^. Ни диэлектрическая
постоянная е, ни магнитная проницаемость не зависят от длины
волны. Вместе с тем со времен Ньютона известно, что показатель
преломления зависит от длины волны. Вообще говоря, показатель
преломления больше для лучей с меньшей длиной волны, чем и
объясняется большая преломляемость последних. Зависимость пока¬
зателя преломления от длины волны называется дисперсией света.
Дисперсия света носит название нормальной, если показатель
преломления с увеличением длины волны уменьшается. Если имеет
место обратный ход показателя преломления, то дисперсия назы¬
вается аномальной.
Теория дисперсии. Поглощение света. Явление дисперсии
получает правильное объяснение на основе применения электро¬
магнитной теории света Максвелла и электронной теории Лорентца.
Явление дисперсии света оказывается при этом теснейшим обра¬
зом связанным с явлением поглощения света.
Всякое прозрачное вещество (прозрач-ный диэлектрик) погло¬
щает свет. Часть лучистой энергии при прохождении слоя веще¬
ства толщиной d переходит в другие виды энергии (тепловую,
химическую и т. п.). В результате интенсивность J света, прошед¬
шего через вещество, оказывается всегда меньше интенсивности J0
света, падающего на вещество. Поглощение света происходит со¬
гласно закону Бугера:
Величина k называется коэфициентом поглощения. Заметим,
что коэфициент поглощения различен для различных веществ и для
различных длин волн. Поглощение вещества иногда характери¬
86
зуется не коэфициентом поглощения, а индексом (или показа¬
телем) поглощения х. Коэфициент и индекс поглощения связаны
между собой следующим соотношением:
Для определенных участков спектра поглощение может быть
настолько велико, что вещество становится практически непро¬
зрачным для соответствующих длин волн. Так обычное стекло
непрозрачно для ультрафиолетовых лучей с длиной волны меньше
3400 А. Начиная с 1500 А, становится непрозрачным кварц, а
о
с 1800 А—- воздух (см. табл. 9). Области такого избирательного
поглощения могут быть различной величины и располагаются
в различных участках спектра. Пары натрия например сильным
поглощением обладают в видимой части. При этом все поглоще¬
ние сосредоточено в двух линиях поглощения, длины волн кото¬
рых соответствуют известным желтым линиям натрия (D{—Х =
= 5896 А и D2 — Х = 5890 А).
Избирательное поглощение обусловлено совпадением частот
собственных колебаний электрически заряженных частиц, нахо¬
дящихся в атомах, молекулах, с частотами падающей электро¬
магнитной волны. Под влиянием поля падающей волны возбу¬
ждаются колебания этих частиц. Энергия этих колебаний переходит
в кинетическую энергию движения частиц материи или же обратно
излучается равномерно во все стороны. Свет поглощается, а
поглощающее вещество нагревается. Частоты собственных колеба¬
ний электронов в точности равны частотам лирий поглощения.
Одновременно с рассеянием света происходит изменение фазо¬
вой скорости распространения света, различное для различных
длин волн. Иными словами происходит дисперсия света. Теория
Максвелла и теория Лорентца приводят к следующим формулам
для показателя преломления п и показателя поглощения х:
Здесь: Х0 — длина волны полосы (или линии) поглощения;
X — длина падающей электромагнитной волны; а и Ь — некоторые
постоянные.
На рис. 51 зависимость п и х от длины волны для сильно
поглощающих красок изображена графически. Вне полосы погло¬
щения показатель преломления при увеличении длины волны убы¬
вает, т. е. мы имеем нормальную дисперсию; внутри полосы
поглощения показатель преломления возрастает с возрастанием
длины волны (аномальная дисперсия). Этот рисунок отчетливо
иллюстрирует связь явления поглощения и дисперсии.
87
Более точной следует при¬
знать формулу Гартмана (Hart¬
mann):
Здесь п0, с, и а — постоянные величины, причем а численно
очень близка к единице.
Для плавленного кварца дисперсионная формула имеет такрй
вид:
Измерение дисперсии. Дисперсия различных веществ и в раз¬
личных частях спектра весьма различна. Судить о величине
Рис. 52.
дисперсии удобно по разности показателей преломления для двух
каких-нибудь спектральных линий. В видимой части спектра для
этого обычно берутся показатели преломления, соответствующие
о
двум фраунгоферовым линиям—линии Н(к = 3968 А) и линии С
(X = 6563 А) (рис. 52). Разность этих показателей преломле-
*$
Формулы (27) подтверждены экспериментально. Квантовая
теория света дала новое толкование постоянной а, связав ее со
свойствами атомов вещества, внутри которого распространяется
электромагнитная волна.
Дисперсионные формулы Коши и других. В областях, дале¬
ких от полос поглощения, нет нужды пользоваться довольно
сложными формулами (27). Здесь
вполне пригодны простые эмпи¬
рические зависимости. Для по¬
казателя преломления стекла мы
имеем например формулу Коши
(Cauchy):
ния (пя—пс) называется удельной дисперсией вещества. Част¬
ной дисперсией называют разность показателей преломления для
любых двух других фраунгоферовых линий. Если взята разность
о о
показателей преломления для линий С (X = 6563 А) и F (Х= 4861 А)>
то мы имеем среднюю дисперсию. Отношение средней диспер¬
сии (nF — /гс) к уменьшенному на единицу показателю пре¬
ломления для линии D Na называется относительной дисперсией.
Измерения длин волн. Тот факт, что показатель преломления
зависит от длины волны не линейно, сильно затрудняет измере¬
ние длин волн спектральных линий в спектре, полученном в спектро¬
графе с призмами. Для того чтобы с достаточной точностью
определить неизвестную длину волны X, приходится прибегать
к довольно громоздкой формуле Гартмана. При этом должны
быть: 1) точно известны длины волн Хр Х2 и Х3 трех линий,
близких к искомой и расположенных по разные стороны от нее;
2) точно промерены на компараторе положения d, dv d% и d%
всех четырех линий.
Искомая длина волны X тогда равна:
где:
Формулы значительно упрощаются, если измерения вели¬
чин dk вести от одной из линий, т. е. если положить например
dx = 0.
Часто точность, которую дает формула Гартмана, бывает из¬
лишней; тогда для определения длин волн удобно воспользоваться
так называемой гартмановской дисперсионной бумагой. Одна из
координатных осей последней имеет линейную шкалу, другая —
шкалу, соответствующую дисперсии призмы, разделенную на
длины волн.
§ 5. Интерференция и дифракция света
Условия наблюдаемости интерференции. Если в источни¬
ках Qj и Q2 (рис. 53) одинаковой яркости совершаются колеба¬
ния одинакового периода и с одинаковыми фазами, то на
экране АОу расположенном на расстоянии D от источников, мы
89
будем наблюдать интерференций. В точке А экрана интенсивность J
будет равна:
где 8— разность фаз между лучами, исходящими из Qx и Q2:
X — длина волны; d = Q1Qa; х — АО.
При х — (т = 0,1, 2,...), 8 = 2тт., и следовательно ин¬
тенсивность достигает максимума. При х —
= (2m -f- 1) тг, и интенсивность равна
нулю. Минимумы и максимумы интен¬
сивности чередуются. Их расстояния
от центральной полосы в точке О за¬
висят от длины волны.
Если колебания в источниках Qx
и Q2 совершались с некоторой разно¬
стью фаз 6, то разность фаз лучей
в А будет теперь равна: 8 = 6 -{-
' Очевидно интерферен¬
ционная картина будет наблюдаться
лишь при условии постоянства разности фаз ч0. Источники, колеб¬
лющиеся с постоянной разностью фаз, называются когерентными.
Когерентность источников света есть необходимое условие интер¬
ференции.
Однако если два источника когерентны, но испускаемые ими
лучи поляризован^ во взаимно перпендикулярных плоскостях, то
интерференция невозможна.
Лучи, поляризованные в одинаковых плоскостях, интерфери¬
руют, как обычные неполяризованные. Всегда возможно два луча,
поляризованные во взаимно перпендикулярных плоскостях, при¬
вести к одной плоскости. Но после этой операции лучи будут
интерферировать только, если взаимно перпендикулярные поляри¬
зованные лучи происходили не из естественного луча, а из одного
поляризованного.
Полосы равной толщины. Если на пластинку переменной тол¬
щины падает свет от источника Q (рис. 54), то в точке С поверх¬
ности пластинки произойдет интерференция лучей QC и QABC.
Если в этом месте пластинки ее толщина равна d, ее показатель
преломления п и угол падения лучей на пластинку <?, то разность
хода:
Рис. 53.
При данных п и ср разность хода будет одинакова всюду, где
толщина пластинки d одна и та же. Интерференционные полосы
будут соответствовать местам равной толщины (отсюда их назва-
Рис. 54.
Рис. 55.
ние). Полосы равной толщины локализованы на поверхности рас¬
сматриваемой пластинки.
Частным случаем полос равной толщины являются кольца
Ньютона. Ньютоновы кольца образуются в результате интерфе¬
ренции в тонком воздушном слое между поверхностью сферы и
плоскостью, на которую эта сфера наложена (рис. 55). В отра¬
женном свете радиус свет- ч
лых интерференционных ко¬
лец равен:
где R—радиус сферы, т—
номер кольца.
Полосы равного наклона. Формула (30а) показывает, что
разность хода двух интерферирующих лучей изменяется также и
в зависимости от угла о при постоянной толщине пластинки d.
Если мы на плоскопараллельную пластинку пустим пучок лучей
под разными углами ср, то будем наблюдать в отраженном свете
интерференционную картину — полосы (кольца) равного наклона.
Интенсивность полос интерференции. При расчете интенсивно¬
стей следует принимать во внимание то обстоятельство, что в этом
случае интерферирует большое количество лучей (рис. 56)
с неодинаковой интенсивностью. Интенсивности для проходящего
света подчинены формуле:
для темных колец:
Рис. 56.
(31)
91
где г — коэфнциент отражения пластинки; т — число всех интер¬
ферирующих пучков, 8— разность фаз двух соседних лучей:
При т = оо:
Для отраженного света, если отбросить первый отраженный
луч, интенсивность отличается от интенсивности в проходящем
свете лишь на постоянный множитель г.
Максимум и минимум интенсивности получается, когда:
s проходящем свете:
в отраженном свете:
При увеличении коэфициента отражения г видимость интерфе¬
ренционных полос улучшается, потому что при этом в проходя¬
щем свете Jdmhi -> 0, а в отраженном JrmfLX-+ 0. Кроме того при
увеличении г происходит уменьшение ширины интерференционных
полос: в проходящем свете на темном фоне мы будем иметь
узкие светлые полосы, в отраженном — наоборот.
Так как в случае кривых равного наклона интерферируют
лучи, параллельные между собой, то интерференция локализована
на бесконечности, и для ее наблюдения следует поставить линзу,
ж фокальной плоскости которой мы и увидим полосы равного
наклона. В этом состоит одно из существенных различий с поло¬
сами одинаковой толщины. Далее, если полосы равной толщины
нельзя наблюдать при пластинках большой толщины, то в слу¬
чае полос равного наклона мы такого рода ограничения не имеем,
Здесь предел разности хода ставится лишь степенью однород¬
ности света.
Дифракция света. Зоны Френеля. Так как согласно принципу
Гюйгенса каждая точка волны является центром новых волн, то
волна, встречая на своем пути ту или иную преграду, будет
распространяться не только в прямом направлении, но и в сто-
роны (в область геометрической тени экрана). Возникает явление
дифракции.
Для расчета дифракционной картины удобно делить волну на
так называемые зоны Френеля. Пусть требуется найти в точке Р
(рис. 57) амплитуду колебания, вызываемого волной WF. Делим
волну на ряд колец так, чтобы расстояния г{ последовательных
колец от точки Р отличались на Х/2 (X — длина волны). Эти
кольца и называются зонами Френеля. Каждая из зон Френеля
дает в Р колебания, амплитуды которых равны:
2kS, 2 koS*
ci* = , а0 — , •. •.
где Sv S2y... — площади соответствующих зон, a kv k2 — коэфи-
циенты, равные:
где г — расстояние от данной зоны до точки Р (для первой зоны
оно равно длине перпендикуляра ОР)\ cos (яг)— косинус угла
между г и нормалью к поверхности зоны [для первой зоны cos
(пг) = 1].
Результирующее колебание в точке Р будет происходить
с амплитудой:
Метод Френеля дает неверное значение фазы. Чтобы получить
правильный результат, надо считать расстояние Р от плоской
волны меньшим действительного на х/4 X.
Дифракция в сходящихся пучках лучей называется френелевой
или микроскопической. Дифракция в параллельных пучках назы¬
вается фраутоферовой или телескопической. Дифракция Фраун¬
гофера наблюдается в фокальной плоскости объектива.
Интегралы Френеля. Строгое решение задачи о распределе¬
нии интенсивностей в случае дифракции от отверстия с произ-
93
Рис. 57.
Рис. 58.
вольным контуром было дано Френелем. Пусть на расстоянии rt
от источника Q (рис. 58) расположен экран ABCD с произволь¬
ной формы отверстиями [одно из таких отверстий находится в
точке 5 (лг, у)]. Амплитуда Аг в точке Я, находящейся на рас¬
стоянии г2 от экрана, равна:
(33)
Пределы интегралов (34) в последнем случае соответствуют
вполне свободной волновой поверхности (экран вовсе отсутствует).
Дифракция Фраунгофера от одной щели. Если нормально
к плоскости экрана со щелью ширины а (рис. 59) падает плоская
волна, то в направлении, составляющем угол о с нормалью к плос¬
кости экрана, интенсивность света равна:
94
где А — амплитуда на расстоянии единицы от Q; k — коэфициент;
Пределы интегралов (33) определяются контурами отверстий
в экране. Эти интегралы называются интегралами Френеля.
Известно, что:
Здесь J0—интенсивность при о — 0;
При и — тъ{т — 1, 2, 3, ...) положения максимумов интен¬
сивности определятся решением уравнения:
Корни этого уравнения находятся графически (рис. 60) как
точки пересечения тангенсоиды у — tg и с прямой у-= и. Они
равны: umSLX — 0; 1,43тг; 2,46тт;
3,47гс; ...
Дифракционная решетка. Ди¬
фракционная решетка предста¬
вляет собой пластинку с N равноотстоящими и одинаковыми по
форме штрихами. Каждый штрих в отдельности можно рассматри¬
вать как щель. В направлении ср (рис. 61) мы получаем интен¬
сивность, определяемую формулой (35). Если а — ширина штриха»
а b — расстояние между штрихами, то
лучи из соответственных элементов двух
соседних щелей будут обладать разностью
хода:
Рис. 59.
Рис. 60.
или разностью фаз:
Если уравнение колебаний от край¬
него штриха написать в виде А{ег'г, то
для k-то штриха колебание будет опре¬
деляться выражением Ахе [')t + 0 Суммированием этих ко¬
лебаний по всем N штрихам решетки мы приходим к такому
выражению для распределения интенсивностей:
Рис. 61.
Здесь d=z{a-\-b) называется постоянной решетки. В случае
прозрачной решетки определяется формулой (35).
Если разность хода между лучами от двух соседних полос
равна целому числу длин волн:
или разность фаз 8 = 2тт., то интенсивность достигает максимума:
Между этими главными максимумами расположен ряд побочных
минимумов и максимумов, интенсивности последних крайне ничтожны.
Картину от дифракционной решетки можно поэтому рассматривать
состоящей из одних главных максимумов. Так как при данном m
положение главного максимума (угол о) в силу (39) зависит от
длины волны X, то очевидно, что дифракционная решетка может
употребляться как спектральный прибор.
Дисперсией дифракционной решетки называется изменение угла <?,
соответствующее изменению длины волны X на единицу. Из урав¬
нения (39) следует, что:
Величина Х/АХ называется разрешающей силой дифракционной
решетки. Здесь АХ — разность длин волн двух спектральных ли¬
ний (X и X —|— АХ), дифракционные максимумы которых видны раз¬
дельно. Разрешающая сила дифракционной решетки равна:
т. е. пропорциональна порядку спектра т и числу штрихов N.
Обычно можно получить достаточную интенсивность спектра лишь
при малых значениях т (как правило, не выше 4). Работать
в спектрах весьма высоких порядков можно со специальными ре¬
шетками. Мы имеем в виду так называемую ступенчатую решетку
Майкельсона (эшелон Майкельсона).
Фраунгоферова дифракция от круглого отверстия. В случае
фраунгоферовой дифракции от круглого отверстия мы будем иметь
центральное светлое пятно, окруженное рядом темных и светлых
концентрических колец. Первый минимум будет находиться под
углом cpmin к нормали к плоскости отверстия: cpmin = 1,220 X/D.
96
Следующий максимум находится при угле сршах 1 638 Х/D. В этих
формулах D — диаметр круглого отверстия.
Фраунгоферова дифракция от круглого отверстия крайне важна
для расчета разрешающей силы таких приборов, как зрительная
труба. При этом под разрешающей силой понимается то предельное
угловое расстояние двух предметов, при котором последние видны
раздельно.
§ 6. Излучение лучистой энергии
Тепловое излучение и люминесценция. Способы возбуждения
излучения, различных длин волн (см. табл. 9) весьма разнообразны.
Если ограничиться областью длин волн, представляющих предмет
оптики в узком смысле слова (видимые, ультрафиолетовые и инфра¬
красные лучи), то излучение тел может быть в зависимости от
способов возбуждения разбито на две основные группы: тепловое
излучение и люминесценция.
В случае теплового излучения причиной излучения является
тепловая энергия излучающего тела. Чем выше температура, тем
большее количество лучистой энергии излучается.
В случае люминесценции причиной излучения могут быть: по¬
глощение света, электрический разряд в газах, химические про¬
цессы и другие явления.
Следует помнить, что твердые и жидкие тела дают сплошные
спектры, а газы — спектры линейчатые (атомные спектры) и поло¬
сатые (молекулярные спектры).
Тепловое излучение. Закон Кирхгофа. Абсолютно черное
тело. При тепловом излучении количество энергии Е, излучаемое
единицей поверхности тела во все стороны в единицу времени,
зависит от длины волны X и от температуры Т тела. Лучеиспу¬
скательной способностью тела для данной длины волны X (вернее
для участка длин волн между X и X-j-AX) и данной температуры Т
называется величина Е{ (X, Г) АХ. Вид функции Ei (X, Т) зависит
от рода вещества. Полное количество лучистой энергии, испускаемое
при данной температуре 1 см2 поверхности в 1 сек., называется
интегральной лучеиспускательной способностью. Последняя равна:
Если на тело падает лучистая энергия, то она может частично
отразиться, частично уйти сквозь тело и частично поглотиться
этим телом. Поглощательная способность At (X, Т) • АХ тела так
же, как и лучеиспускательная, есть функция длины волны и
температуры.
Если вся падающая на тело энергия поглощается, то такое
тело называют абсолютно черным. В природе этих тел не встре¬
чается, но они могут быть искусственно приготовлены.
7 Зак 3730. Споавочн. кн. оптико-механика . 97
Говорят, что тело и окружающее его излучение находятся
в тепловом равновесии, если тело излучает и поглощает равные
количества энергии и если следовательно его температура остается
постоянной. При тепловом равновесии отношение лучеиспуска¬
тельной способности тела (X, Т) к его поглощательной способ¬
ности Al (X, Т) равно лучеиспускательной способности Е (X, Т)
абсолютно черного тела:
Это и есть закон Кирхгофа.
Лучеиспускательная способность абсолютно черного тела есть
универсальная функция температуры и длины волны. Задача теории
теплового излучения — найти ее вид.
В силу закона Кирхгофа, если максимум испускания соответ¬
ствует длине волны X = Xw, то этой же длине волны будет соот¬
ветствовать и максимум поглощения; при температурном излучении
всякое тело поглощает как-раз те лучи, которые испускаются
этим же телом при данной температуре.
Формула Планка. Правильное выражение для лучеиспуска¬
тельной способности абсолютно черного тела впервые было по¬
лучено Планком (Planck). При выводе формулы для лучеиспуска¬
тельной способности абсолютно черного тела ин была положена
в основу гипотеза, сущность которой заключалась в допущении,
что лучистая энергия испускается и поглощается определенными
порциями, квантами лучистой энергии. Величина кванта равна Av,
где А — постоянная Планка, a v — частота колебаний. Эта идея,
высказанная Планком, явилась началом построения новой системы
взглядов на природу света, так называемой квантовой теории
света. Формула Планка имеет следующий вид:
Здесь с — скорость света, k — постоянная Больтцмана, А — по¬
стоянная Планка. Численные значения этих постоянных следующие:
Законы Стефана-Больтцмана и Вина. Черная и цветная
температуры. Интегрируя уравнение (44), нетрудно получить так
называемый закон Стефана-Больтцмана для интегральной лучеи¬
спускательной способности абсолютно черного тела:
98
(45)
Интегральная лучеиспускательная способность абсолютно чер¬
ного тела пропорциональна четвертой степени абсолютной темпе-
5 ЭрГ.
ратуры. о = 5,72 *10 есть универсальная постоянная.
Для обыкновенных тел закон Стефана-Болмцмана не справедлив.
Однако этим законом на практике все же пользуются для опре¬
деления так называемой черной температуры. Черная температура
тела равна той температуре абсолютно черного тела, при которой
интегральное лучеиспускание последнего равно интегральному
лучеиспусканию рассматриваемого не черного тела. Черная темпера¬
тура измеряется с помощью оптических пирометров.
Из формулы Планка (44) вытекает и другой важный закон
излучения черного тела — закон Вина. Если \т — длина волны,
соответствующая максимуму лучеиспускательной способности абсо¬
лютно черного тела, находящегося при температуре Г, то:
При повышении температуры величина \т должна в силу (46)
уменьшаться, следовательно максимум энергии излучения смещается
в сторону коротких длин волн. Закон Вина обыкновенно поэтому
называют законом смещения.
Закон Вина позволяет определить так называемую цветную
температуру не черных тел. Цветной температурой не черного
тела называется та температура абсолютно черного тела, при ко¬
торой последнее имеет ту же яркость, что и рассматриваемое
нами раскаленное не черное тело.
Атом квантовой теории. Рассматривая излучение электро¬
магнитных волн (см. стр. 69), мы заменяли источник света системой
элементарных осцилляторов, связанных с атомами или молекулами
вещества. В качестве такого элементарного осциллятора можно
было рассматривать электрон, колеблющийся под влиянием квази-
упругой силы (квазиупругий электрон), или какую-либо другую
колеблющуюся заряженную частицу. Такой же моделью мы вос¬
пользовались для истолкования явления дисперсии. Но для вывода
формулы излучения абсолютно черного тела она оказалась непри¬
годной. Это обстоятельство, а также и ряд других явлений, заста¬
вляют нас признать развитые выше представления правильными
лишь в первом приближении,
В настоящее время мы представляем себе атом состоящим
из положительного ядра, в котором сосредоточена практически
вся масса атома и заряд которого, выраженный в элементар¬
ных электрических зарядах, равен порядковому номеру эле¬
мента в системе Менделеева, и из совокупности электронов,
суммарный заряд которых нейтрализует заряд ядра. Такая сис¬
тема может обладать не произвольными, как прежний осцил¬
лятор, а лишь вполне определенными значениями энергии.
Существует дискретный ряд возможных энергетических состояний
7* 99
атома, или уровней энергии. Численные значения этих уровней
энергии могут быть вычислены на основании современной квантовой
теории или определены экспериментально. Состояние с наименьшей
возможной энергией называется нормальным состоянием атома.
Не светящийся атом находится в нормальном состоянии. Если
к такому атому извне подвести некоторое количество энергии,
атом переходит из нормального состояния в одно из состояний
с большей энергией. При обратном переходе произойдет излуче-
ß Е
ние частоты v = —^—-, где Еп и Е0 — энергии соответствующих
состояний атома, h — постоянная Планка (см. стр. 98). Величина Av
называется фотоном или квантом света.
Люминесценция. Закон Стокса. Уровни энергии атома графи¬
чески можно представить так, как это изображено на рис. 62.
Нижняя горизонтальная прямая представляет со¬
бой нормальное состояние атома, уровням энер¬
гии с большими энергиями соответствуют другие
прямые. Если атом находится в нормальном со¬
стоянии то, поглотив излучение с частотой vfl,
определяемой из условия:
он перейдет в состояние с большей энергией Еп>
При обратном переходе произойдет излучение
света (люминесценция). Если люминесценция вызы¬
вается, как в нашем случае, светом, то она назы¬
вается фотолюминесценцией.
Атом, находящийся в возбужденном состоянии
Еп, не обязательно должен перейти в нормальное
состояние. Он может перейти в любое промежу¬
точное состояние (имеющих здесь место ограничений переходов
мы касаться не можем), что указано на рис. 62 стрелками. Оче¬
видно, что частоты ve, соответствующие этим переходам, не могут
быть больше частоты vß. Отсюда получаем такое соотношение:
Или, переходя к длинам волн, получаем известный закон Стокса
(Stokes):
т. е. длина волны \е люминесцирующего вещества всегда или
больше или, в крайнем случае, равна длине волны 1а излучения,
вызвавшего люминесценцию.
Фосфоресценция и флюоресценция. Атом, попав в возбужден¬
ное состояние, переходит обратно в нормальное или другое со¬
стояние с меньшей энергией не мгновенно. Длительность пребы-
100
Рис. 62.
вания атома того или иного вещества в том или ином состоянии
весьма различна. Если эта длительность мала, то фотолюминесценция
прекращается практически одновременно с прекращением действия
излучения, возбуждавшего ее. Фотолюминесценцию такого рода
принято называть флюоресценцией. Если длительность существо¬
вания атома в возбужденном состоянии велика, то фотолюминес¬
ценция продолжается и после прекращения излучения, вызвавшего
ее. В этом случае мы имеем дело с фосфоресценцией.
Возбуждение свечения ударом. Наряду с фотолюминесценцией
чрезвычайно важное значение имеет люминесценция, вызванная
ударом. С такого рода люминесценцией мы встречаемся, рассматри¬
вая процессы, происходящие в разрядных трубках. Здесь электроны,
сталкиваясь с атомами газа, наполняющего трубку, отдают атомам
свою кинетическую энергию, возбуждая их к свечению. Если до
столкновения атом находился в состоянии с энергией то, для
того чтобы заставить его перейти в состояние с энергией Ет,
электрон должен обладать энергией:
Любая другая частица при столкновении с атомом может его
возбудить, если только выполнено это условие.
Фотоэлектрический эффект. Фотоэлементы. Под действием
лучистой энергии поверхность металлической пластинки испускает
электроны. Это явление носит название фотоэлектрического
эффекта. Правильное объяснение этого явления возможно лишь
на основе теории квантов. Закономерности фотоэлектрического
эффекта содержатся в известной формуле Эйнштейна:
Здесь hi — величина кванта света, падающего на поверхность
металла; 1/2mv^ — кинетическая энергия электронов, вырванных из
металла; Р — работа вырывания электронов. Порог фотоэффекта
(та наименьшая энергия кванта, при которой еще возможен фото¬
эффект) определяется из условия: Av = Р. Фотоэффект имеет место
только, если длина волны света не меньше некоторой, вполне
определенной для данного вещества, величины.
Количество электронов, вырванных из металла, будет тем
больше, чем больше квантов света упадет на поверхность металла,
т. е. чем больше интенсивность света.
Практически фотоэлектрический эффект используется в так
называемых фотоэлементах. Ввиду пропорциональности фототока
и интенсивности света фотоэлементы находят сейчас большое при*
менение в измерениях интенсивностей и освещенностей.
101
§ 7. Фотометрия
Предмет фотометрии. Световой поток. Предмет фотометрии
состоит в определении и измерении величин, характеризующих
свет в самом непосредственном значении этого слова. Лучистая
энергия в фотометрии рассматривается с точки зрения того зри¬
тельного восприятия, которое получает человек с помощью
глаза.
Количество лучистой энергии ^(А^), испускаемое в виде
излучений длин волн от X до X-f-AX элементом поверхности
излучающего тела, в единицу времени, в направлениях, которые
лежат внутри малого телесного угла d&v равно:
если А&х — коэфициент, характеризующий лучеиспускательную
способность элемента dst в рассматриваемом интервале длин волн,
а — угол между нормалью к dsx и рассматриваемыми направле¬
ниями. А&х называется интенсивностью лучеиспускания, а сама
величина d (А£х) — потоком лучистой энергии. Фотометрию интере¬
сует не самый поток лучистой энергии, а так называемый световой
поток:
Здесь Vx— видимость данной длины волны, a k — коэфициент
пропорциональности.
Яркость, сила света. Переходя в (49) от А&х к &хАХ и далее
от АХ к dly интегрированием получаем следующее выражение для
светового потока всех длин волн, испускаемых элементом поверх¬
ности в направлениях, заключающихся внутри малого телесного
угла rf(D1:
Величина:
называется яркостью элемента поверхности ds1 в данном напра¬
влении (в .направлении, составляющем угол 6 с направлением нор¬
мали к элементу поверхности ds^.
102
Световой поток dФi отнесенный к единице телесного угла,
называется силой света:
Интегрируя (51) по dsv получим силу света всей светящейся
поверхности в данном направлении:
Освещенность. Если элемент лучеиспускающей поверхности
характеризуется яркостью и силой света, то для характеристики
освещаемой поверхности употребляется особая величина — осве¬
щенность. Освещенность Е определяется как световой поток йФ,
задающий на элемент ds2 освещаемой поверхности, отнесенный
к единице площади:
Если элемент ds2 находится на расстоянии г от элемента dsx
лучеиспускающей поверхности, если углы между г и нормалями
к поверхностям dsl и ds2 равны соответственно бх и 62, то угол
dsо cos б« ^
= —*——£ будет содержать все лучи, исходящие из точки
элемента dst ко всем точкам элемента ds2. Тогда в силу (50) и (51)
освещенность элемента ds2 излучениями элемента dsx равна:
Полная освещенность элемента ds2 от всей лучеиспускающей
поверхности sx равна:
Единицы для измерения фотометрических величин. Фото¬
метрические величины суть величины физические. Через урав¬
нение (49) основная фотометрическая величина — световой поток —
связана с потоком энергии. Поэтому не представляет никакого
труда определить CGS-единицы фотометрических величин. Однако
обычно фотометрические величины измеряются в особых фото¬
метрических единицах.
1СЗ
За основную единицу принимается единица силы света. Единица^
силы света — международная свеча (св) — равна силе света эталонной
электрической лампы. Единица свбтового потока — люмен (лм) —
равна световому потоку, испускаемому элементом поверхности
с силой света в 1 се в телесном угле, равном единице. Единица
яркости — стильб — есть яркость поверхности, дающей силу света
в 1 св с 1 см2 в направлении нормали к поверхности. Единица
освещенности — фот — равна освещенности поверхности в 1 сЖ1>
на которую падает световой поток в 1 лм. Часто пользуются
другой единицей освещенности, а именно люксом {лк): 1 лк —
— г1гоооо Фота-
JI. Н. Гассовский
Глава III
ФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ ОПТИКА
§ 1. Задачи физиологической оптики
Глаз является основным наблюдательным и измерительным опти¬
ческим прибором, который применяется нами во всех трудовых
процессах. Чем более тонка работа, чем с более мелкими деталями
приходится иметь дело, тем более высокие требования предъявля¬
ются к глазу, тем большее значение приобретает вопрос о созда¬
нии условий работы, способствующих максимальной производи¬
тельности труда глаза.
Задачи повышения эффективности работы глаза и уменьшения
зрительной вредности труда требуют для своего разрешения деталь¬
ного знакомства с устройством и работой глаза как оптического
прибора и как приемника лучистой энергии. Последнее излагается
в физиологической оптике.
При пользовании оптическими приборами действующей опти¬
ческой системой является сложная система, состоящая из опти¬
ческой системы самого прибора в соединении с оптической системой
глаза. Поэтому устройство глаза как оптического прибора и законы
восприятия им световой энергии определяют устройство и дей¬
ствие визуальных оптических приборов и не могут игнорироваться
лицами, конструирующими их, производящими их или пользующи¬
мися ими.
§ 2. Устройство глаза
Человеческий глаз имеет приблизительно шарообразную форму
(рис. 63) с диаметром около 2,5 см.
В ограничивающем глаз почти со всех сторон внешнем слое
различают присутствие трех различных оболочек. Внешняя твердая
оболочка (D) называется склерой или белочной оболочкой; она
непрозрачна на всем своем протяжении, за исключением передней
части, где она значительно выдается вперед и имеет большую
кривизну. Прозрачная часть склеры называется роговой оболочкой
105*
или роговицей (J). Под склерой расположена вторая оболочка
глаза, называемая сосудистой оболочкой (С). Она состоит из раз¬
ветвлений кровеносных сосудов и в передней части глаза пере¬
ходит в радужную оболочку (/), окрашенную у разных людей
в различный цвет и имеющую в середине отверстие, известное
под названием зрачка.
Диаметр зрачка может изменяться в зависимости от количества
света, падающего на глаз. Пределы колебаний диаметра зрачка
для разных освещенностей — от 2 до 7,5 мм. В обычных усло¬
виях освещения диаметр зрачка имеет величину от 3 до 4 мм.
Уменьшение диаметра зрачка есть одно из защитных приспособле¬
ний глаза против проникно¬
вения в него излишнего
света. Время, требуемое на
сокращение зрачка после
пребывания глаза в темноте,
3—4 сек. Величина диаметра
зрачка имеет большое зна¬
чение для оптотехника, так
как именно зрачок глаза
является обычно действую¬
щей диафрагмой в оптиче¬
ской системе глаз -f- опти¬
ческий прибор.
Третьей оболочкой, вы¬
стилающей все дно глаза, за
исключением передней его
части, и расположенной не¬
посредственно под сосудистой оболочкой, является сетчатая обо¬
лочка или сетчатка (В). Сетчатка содержит разветвления волокон
зрительного нерва и их окончания, имеет весьма сложное строе¬
ние и играет в глазу примерно ту же роль, какую в фотоаппарате
играет фотографическая пластинка. Она является световосприни¬
мающим аппаратом глаза, превращающим при посредстве мозга
отброшенное на нее оптическое изображение внешних объектов
в создающуюся в нашем сознании пространственную картину окру¬
жающего нас мира.
Строением сетчатки определяются до известной степени законы
восприятия глазом лучистой энергии. Последние в свою очередь
определяют требования, предъявляемые к изображению, получаю¬
щемуся на сетчатке глаза в результате действия оптической
системы глаз + оптический прибор.
Внутри глазного яблока, ближе к его передней части и непо¬
средственно сзади зрачка, расположено прозрачное упругое тело,
имеющее форму собирательной линзы, ограниченной двумя выпук¬
лыми поверхностями, известное под названием хрусталика (L).
Хрусталик находится в облегающей его прозрачной сумке, укре¬
пленной в охватывающей его со всех сторон кольцеобразной
106
Рис. 63.
мышце, разрез которой можно видеть на рис. 63 (Я). Когда эта
мышца, известная под названием цилиарной мышцы, находится
в состоянии покоя, сумка хрусталика находится в состоянии натя¬
жения, что заставляет поверхности хрусталика принимать наиме¬
нее искривленную форму. При напряжении цилиарной мышцы
натяжение сумки уменьшается и поверхности хрусталика под влия¬
нием имеющихся в нем упругих сил увеличивают свою кривизну.
Изменение кривизны поверхностей хрусталика известно под назва¬
нием аккомодации. Последняя имеет огромное значение для акта зре¬
ния, обеспечивая возможность получения на сетчатке резких изобра¬
жений при различных положениях объектов относительно глаза.
Пространство между роговицей и хрусталиком известно под
названием передней камеры (М) глаза и заполнено студенистой
прозрачной жидкостью, называемой камерной влагой. Значительно
большее пространство между хрусталиком и задней стенкой глаза
соответственно называется задней камерой. Задняя камера также
заполнена прозрачным студенистым телом, называемым стекловид¬
ным телом.
Глазное яблоко покоится в имеющей шарообразную форму
костной полости, открытой с одной стороны. Оно может повора¬
чиваться в разные стороны благодаря действию шести мыщц, при¬
крепленных с одной стороны к глазному яблоку, а с другой —
к глазной орбите. Большое значение имеет для различных опти¬
ческих расчетов центр вращения глазного яблока. Эта точка
находится внутри глазного яблока на расстоянии примерно 13 мм,
считая от вершины роговой оболочки.
§ 3. Основные понятия и формулы диоптрийной оптики
Для изложения учения о глазе и очковой линзе чрезвычайно
удобным оказывается пользование оптическими формулами в так
называемом диоптрийном виде.
Известно, что преломляющее действие линзы или оптической
системы характеризуется или величиной заднего фокусного рас¬
стояния f или же обратной величиной D=\jf. Величина D на¬
зывается силой, или рефракцией, линзы и выражается в диоптриях,
если f выражено в метрах.
Если например /' = 25 сл/=0,25 м, то рефракция:
Обычно, имея линзу, мы знаем п — показатель преломления
стекла, из которого она сделана, ее толщину d и радиусы гх и г2
ограничивающих ее поверхностей.
Пользуясь этими величинами rv r2, dun, возможно найти ре¬
фракцию линзы по формуле:
где D12 — рефракция линзы; Dt—рефракция ее передней поверх¬
ности; — рефракция ее задней поверхности; 8 = djn.
Величины Ог и D2 могут быть найдены в свою очередь по фор¬
мулам: 1
Положение главных точек линзы может быть найдено по сле¬
дующим формулам:
В этих формулах: h± 2 — расстояние от передней вершины линзы
до ее передней главной точки; Л12 — расстояние от задней вер¬
шины линзы до ее задней главной точки; Dv—рефракция перед¬
ней поверхности линзы; D2 — рефракция задней поверхности линзы;
Dt 2 — рефракция линзы; 8 =>d\n, где d — толщина линзы и п~
показатель преломления стекла, из которого сделана линза.
Фокусные расстояния линзы / и f откладываются от главных
точек до соответствующих фокусов. Таким образом для нахож¬
дения фокусных расстояний необходимо, помимо положения фоку¬
сов, знать еще и положения главных точек. Эти же точки могут в зави¬
симости от формы линзы занимать различные положения (см. гл. I)*
Вместо / и /' удобно ввести отрезки v и г/, представляющие
собой расстояния от вершин линз до соответствующих фокусов.
V — расстояние от передней вершины линзы до ее переднего
фокуса — называется передним вершинным фокусным расстоянием,
vf — расстояние от задней вершины линзы до ее заднего главного
фокуса — называется задним вершинным фокусным расстоянием.
Величины и A'oo=ljv' называются соответственно
передней и задней вершинными рефракциями линзы. Только в сим¬
метричных линзах, в которых обе главные точки расположены
на одинаковых расстояниях от вершин, величины А^ и А^ чис-
1 Обе приведенные здесь формулы для Dx и D2, а следовательно и для
D12 относятся к случаю, когда обе поверхности линзы граничат с воз¬
духом.
Необходимо приписывать величинам радиусов гх и г2 правильные
знаки, ведя отсчет радиусов от поверхности к центру.
108
ленно равны. Для изогнутых линз величины А^ и А^ численно не
равны друг другу, причем отличаться они могут друг от друга
на значительное число диоптрий. Подробнее об этом см. гл. I.
Формула (1) дает возможность не только найти рефракцию
линзы, зная рефракции Dt и Z)2 ее поверхности, но также опре¬
делить рефракцию системы из двух линз. В этом последнем случае
под величиной Dx надлежит уже понимать рефракцию первой
линзы или первого члена оптической системы, под £>2— рефрак¬
цию второй линзы или второго члена оптической системы, под
I — расстояние между обращенными друг к другу главными точками
этих линз, или, иначе говоря, между задней главной точкой первой
линзы и передней главной точкой второй.
Положения главных точек системы находятся по формулам
(4) н (5):
Л)^ X) й
в которых на этот раз следует понимать под: Dt — рефракцию
первого члена системы (первой линзы), D2 — рефракцию второго
члена системы (второй линзы), 2 — рефракцию системы, 8 —
расстояние между взаимно обращенными главными плоскостями.
Расстояния Aj 2 и h± до главных точек отсчитываются в этом
случае соответственно от первой вершины первого члена системы
и второй вершины второго члена системы.
Формула, позволяющая определить место изображения, давае¬
мого линзой, согласно Гулльстранду имеет вид:
£ = (б)
Здесь: В—ЦЬУ где b — расстояние от задней главной точки
линзы до изображения; A=lja, где а — расстояние от передней
главной точки линзы до объекта; D — рефракция линзы. Все вели¬
чины В, А и D выражаются в диоптриях.
Указанная формула одинаково годится для случаев одной линзы
в воздухе и в среде с показателем преломления, отличным от
единицы, для случая одной сферической поверхности, для системы
линз и пр. Если вершины линзы граничат не с воздухом, а со
средой иного показателя преломления, то отрезки а и b должны
быть до подстановки в формулу В — А-\- D соответственно раз¬
делены на показатель преломления той среды, какая граничит
^соответствующей вершиной линзы.
Смотря по тому, имеем ли мы дело с одной линзой или с систе¬
мой линз, или наконец со сферической поверхностью, величина D
в формуле В = A -f* D находится по одной из приведенных выше
формул.
Приводим ряд примеров на применение этих формул. ,
Пример 1. Радиусы поверхностей линзы соответственно
равны: rj == Ц— 43,3 г2 = —86,7 мм. Показатель преломле¬
109
ния стекла п =1,52; толщина линзы */=4,56 мм. Найти ре¬
фракцию линзы.
Решение. Рефракция передней поверхности:
Рефракция задней поверхности:
Рефракция линзы:
Пример 2. Найти рефракцию системы из двух линз, ре¬
фракция которых Dx = -{- 10 дптр. и D2 — — 22 дптр., а расстоя¬
ние 8 между обращенными друг к другу главными плоскостями
равно 1 см.
Решение. Рефракция системы:
Для расстояния 8 = 2 см:
Z\2 = -}-10 — 22 — 0,02 • 10 (— 22) = — 7,6 дптр.
Пример 3. Дана линза -f-12 дптр. Объект находится на
расстоянии а = — 20 см (т. е. п#ред линзой). Найти место изобра¬
жения.
Решение:
Таким образом изображение находится на расстоянии 14,3 см
за линзой (считая от главной задней точки линзы).
Пр и м е р 4. Даны: радиусы линзы гг = со, r2 = -f- 52 мм;
показатель преломления стекла я =1,52 и толщина линзы d —
— 1 мм. Найти рефракцию линзы и положение главных плоско¬
стей.
110
Решение:
т. е. первая поверхность плоская;
т. е. передняя главная точка Н находится внутри линзы на рае-
стоянии 0,6 мм от передней вершины, задняя главная точка про¬
ходит через заднюю вершину линзы.
Преломляющая сила, или рефракция отдельных членов опти¬
ческой системы глаза, как и всего глаза, зависит от величины
радиусов ограничивающих их поверхностей, показателей прелом¬
ления вещества роговицы и их взаимного расстояния.
Все эти величины для разных глаз имеют значения, несколько
отличающиеся друг от друга, в связи с чем рефракция у разных
глаз неодинакова.
Таблица, составленная из средних величин, характеризующих
оптический аппарат глаза, известна под названием схематиче¬
ского глаза.
В табл. 10 приведены данные, заимствованные из схемати¬
ческого глаза Гулльстранда.
В связи с табл. 10 необходимо сделать ряд замечаний.
1. Передняя поверхность роговицы имеет сферическую форму
только в своей средней части (примерно х/3 всего диаметра рого¬
вицы). Приведенная в таблице величина радиуса передней поверх¬
ности роговицы относится именно к этой средней части роговицы,
известной под названием оптической зоны роговицы.
§ 4. Оптические свойства глаза
ill
Таблица 10
Схематический глаз Гулльстранда
Элементы системы
При покое
аккомода¬
ции
При макси¬
мальном
напряжении
аккомода¬
ции
Показатели преломления
1,376
Камерная влага и стекловидное тело . . .
1,336
Хрусталик
1,386
Эквивалентное ядро хрусталика
и
Ю9
Положение (считая от вершины
роговицы, в мм)
Передняя поверхность роговицы ....
0
Задняя поверхность роговицы
0,0
Передняя поверхность хрусталика ....
3,0
3,2
Передняя поверхность эквивалентного
ядра хрусталика
4,146
3,8725
Задняя поверхность эквивалентного ядра
хрусталика
6,565
6,5275
Задняя поверхность хрусталика
7.
.2
Радиусы (в мм)
Передняя поверхность роговицы ....
7,7
Задняя поверхность роговицы
6,8
Передняя поверхность хрусталика ....
10
0,33...
Передняя поверхность эквивалентного ядра
хрусталика
7,911
2,655
Задняя поверхность эквивалентного ядра
хрусталика
— 5,76
2,655
Задняя поверхность хрусталика
— 6
— 5,33 • 1 •
Рефракция (в дптр.)
Передняя поверхность роговицы
48,83
Задняя поверхность роговицы
— 5,88
Передняя поверхность хрусталика ....
5
9,375
Эквивалентное ядро хрусталика
5,985
14,96
Задняя поверхность хрусталика
8,33...
9,375
Система роговицы
Рефракция *
43,
,05 !
Положение передней главной точки . . .
— 0,0496
Положение задней главной точки ....
- 0,0506
Переднее фокусное расстояние
— 23,277 S
Заднее фокусное расстояние
31,031
1 *
112
Продолжение
Элементы системы
При покое
аккомода¬
ции
При макси-
мальном
напряжении
аккомода¬
ции
Система хрусталика
Положение передней главной точки . . .
Положение задней главной точки ....
Фокусное расстояние •
Полная система глаза
Положение передней главной точки . . .
Положение задней главной точки ....
Положение переднего фокуса
Положение заднего фокуса
Переднее фокусное расстояние
Заднее фокусное расстояние
Положение входного зрачка
Положение выходного зрачка
19,11
5,678
5,808
69,908
58,64
1,348
1,602
—15,707
24,387
—17,055
22,785
г
3,047
3.667
33,06
5,145
5,255
40,416
70,57
1,772
2,086
— 12,397
21,016
— 14,169
18,930
>4
2,688
3,312
2. Рефракции передней и задней поверхностей роговицы могут
быть найдены соответственно из формул:
в которых п — показатель преломления роговицы, п1 — показатель
преломления камерной влаги, гх и г2 — соответственно радиусы
передней и задней поверхностей роговицы. Величины этих радиусов
и их знаки позволяют сделать вывод, что роговица представляет
собой по своей форме выпукло-вогнутую рассеивающую линзу. Тот
факт однако, что задняя поверхность роговицы граничит не с воз¬
духом, а с более плотной средой, сказывается в том, что отрица¬
тельная величина рефракции задней поверхности роговицы численно
значительно меньше положительной рефракции передней ее поверх¬
ности.
Рефракция всей роговицы может быть найдена по формуле:
D± = D1~\~ D2 — 8 DXD%
1
Формула для задней поверхности роговицы:
п2
отличается от приведенной нами для задней поверхности линзы:
потому, что задняя поверхность роговицы граничит не с воздухом,
а с камерной влагой (показатель п2).
8 Зак. 3730. Справочя. кн. оптико-механика. 113
путем подстановки в нее заранее найденных величин Dl и D2*
Как видно из табл. 10, эта величина D± 2 для роговицы равна
43,05 дптр. В случае глаза с удаленным хрусталиком (афакический
глаз) эта же величина 43,05 дптр. будет равна и рефракции всего
такого глаза.
3. Хрусталик (рис. 64) имеет весьма сложное строение: он
состоит из большого числа концентрически расположенных слоев (а)
с постепенно нарастающими от периферии к сере¬
дине показателями преломления. В середине хру¬
сталика находится ядро (Ь) с более или менее
однородным показателем преломления.
В связи с таким устройством хрусталика в таб¬
лице приведены среднее значение показателя пре¬
ломления для всего хрусталика и отдельно пока¬
затель преломления ядра хрусталика.
4. Из таблицы видно, что главные плоскости
глаза расположены весьма близко одна к другой.
При грубых расчетах их можно
считать совпадающими. В афа-
кическом глазу, в котором пре¬
ломляющее действие глаза сво¬
дится к действию одной рого¬
вицы, главные плоскости пра¬
ктически можно считать со¬
впадающими и проходящими
через вершину роговицы.
5. Все величины, приведен¬
ные в таблице, являются сред¬
ними.
§ 5. Устройство сетчатки
Устройство сетчатки весьма
сложно. В толще сетчатки фи¬
зиологи различают до 10 от¬
дельных слоев. Слои эти соста¬
влены из волокон зрительного
нерва и их окончаний. Эти окончания бывают двух видов: одни из
них называются палочками (рис. 65а), другие — колбочками
(рис. 65£). Число тех и др/гих на сетчатке одного глаза доходит
до 140 млн., причем палочки значительно преобладают (число кол¬
бочек— 7—8 млн., палочек— 132—133 млн.). Распределены
палочки и колбочки по сетчатке неравномерно.
В месте сетчатки, находящемся против зрачка глаза, располо¬
жены одни колбочки. Этот участок сетчатки несколько углублен
в ней и имеет диаметр примерно в 0,3—0,4 мм; он известен под
названием fovea centralis (Е на рис. 63). Вокруг fovea centralis
расположен овалообразнйй участок сетчатки размером соответ-
114
Рис. 64.
Рис. 65.
ственно до 0,8 и 2 мм по вертикальному и горизонтальному
направлениям, в котором число колбочек значительно превосходит
число палочек. Это место сетчатки известно под названием жел¬
того пятна. При удалении от желтого пятна число палочек
в сетчатке быстро растет, число же колбочек начинает убывать,
а затем колбочки и совсем исчезают. Желтое пятно и в особен¬
ности его центральная часть — fovea centralis — являются областями
наиболее точного видения, что объясняется между прочим тем, что
здесь каждая колбочка имеет специальное ведущее к ней волокно
зрительного нерва. В периферических частях сетчатки одно зри¬
тельное волокно имеет целый ряд окончаний.
В сетчатке глаза есть участок, совсем лишенный колбочек или
палочек, а потому и нечувствительный к световым раздражениям:
это то место сетчатки, которое соответствует месту входа в глаз
идущего из мозга ствола зрительного нерва. Этот участок сетчатки
носит название слепого пятна (F на рис. 63). Диаметр его равен
1,8—2 мм.
Палочки и колбочки различаются по своим функциям: палочки
более светочувствительны, но не различают цветов; колбочки
чувствительны к цветам, но зато менее светочувствительны.
В палочках открыто особое вещество, разлагающееся на свету
и известное под названием зрительного пурпура или родопсина. Его
разложение сопровождается появлением электрического тока,
благодаря которому раздражение и передается по нервным волокнам
мозгу. Вещество, подобное зрительному пурпуру, в колбочках пока
еще не открыто.
В последнем, прилежащем к сосудистой оболочке, слое
сетчатки находится в виде отдельных крупных зерен черный пиг¬
мент (см. дальше).
§ 6. Эмметропические и аметропические глаза
Одно из условий различения объектов — получение резкого
изображения на сетчатке. Задний фокус глаза может лежать на
сетчатке только в том случае, если длина глаза и его заднее
фокусное расстояние // связаны соотношением:
Глаз, для которого последнее соотношение имеет место при
покое аккомодационного аппарата, носит название эмметропиче-
ского глаза. Задний фокус эмметропического глаза лежит на fovea
centralis. Такой глаз изображен схематически на рис. 66.2
1 = nfr, где п — показатель преломления камерной влаги, т. е.
в это равенство входит величина заднего фокусного расстояния, редуци¬
рованная к среде с показателем преломления п.
2 Здесь, так же как и на рис. 67 и 68, Н и Н' — главные точки глаза,
F' — задний главный фокус глаза.
115
Точка на оптической оси глаза, от которой оптическая система
глаза дает изображение на сетчатке глаза при покое аккомодации,
называется дальнейшей точкой глаза (обозначается буквой R).
Величина Л = 1/а, где a = HR, иначе говоря величина, обратная
расстоянию от передней главной точки глаза до дальнейшей
точки глаза, называется аметропией (Л). Нетрудно видеть, что для
эмметропического глаза а = оо и А = 0.
Приведенная в § 3 формула Гулльстранда: B — A-j-D приме¬
нима конечно к оптической системе глаза. В этом случае в этой
формуле D — рефракция глаза, А — аметропия и В — величина,
обратная редуцированному к воздуху расстоянию от задней глав¬
ной точки глаза до изображения, т. е. до fovea centralis.
В случае эмметро¬
пического глаза вели¬
чина аметропии, т. е.
Л, равна 0, и равенство
В = Л -}- D принимает
вид:
В = D. (8)
Это равенство, по-
добноравенству(7):/=
= 1э6+//, выражает
необходимость суще¬
ствования для эмметро¬
пического глаза известного определенного соотношения между
длиной глаза и величиной его заднего фокусного расстояния.
Если этого соотношения нет и равенства (7) и (8) не имеют
места, то нет и эмметропии. Глаза, у которых Z?=^=D, а следова¬
тельно и величина аметропии Л ф 0, называются аметропическими
глазами. У аметропических глаз а ф со, т. е. дальнейшая точка
этих глаз не находится в бесконечности.
Если Л < 0 и а > 0, т. е. дальнейшая точка глаза лежит
в пространстве перед глазом на конечном расстоянии, то такой
глаз называется миопическим, или близоруким, глазом.
Если Л > 0 и а > 0, т. е. дальнейшая точка глаза лежит
в пространстве за глазом на конечном расстоянии, то такой глаз
называется гиперметропическим9 или дальнозорким, глазом.
В случае гиперметропического глаза дальнейшая точка глаза
должна рассматриваться как лежащий за глазом мнимый объект,
от которого оптическая система глаза способна в покое аккомо¬
дации дать на сетчатке глаза резкое изображение.
Если, как выше говорилось, в эмметропическом глазу задний
фокус глаза лежит на сетчатке глаза, то, как следует из равенства
В ф D и вытекающего из него равенства Ь ф f, задний фокус
глаза не находится на сетчатке.
Из равенства В = Л D и условия Л < 0 вытекает, что для
116
Рис. 66.
миопического глаза В < Д £>/' и £'>/, т. е. задний фокус
глаза лежит перед сетчаткой, внутри глаза; для гиперметропического
глаза В > Д b < /' и £ < /', т. е. задний фокус глаза лежит
за сетчаткой. Таким образом миопический глаз можно рассматри¬
вать как глаз, длина которого по отношению к его фокусному
расстоянию велика; обратно, длина гиперметропического глаза
по отношению к фокусному расстоянию мала.
Рис. 67 и 68 изображают схематически соответственно ми¬
опический и гиперметропический глаза.
Если рефракция глаза D равна 58,64 дптр., т. е. рефракции
схематического глаза Гулльстранда, то, для того чтобы имела место
эмметропия, длина глаза должна равняться 24,39 мм.
Из предыдущего ясно, что эмметропия не обусловливает нали¬
чия определенного численного значения рефракции глаза или его
длины: важно лишь, чтобы значения длины и рефракции глаза были
таковы, чтобы задний фокус глаза попал на сетчатку, другими
словами, чтобы имело место равенство B = D.
В табл. 11 приведены длины глазного яблока при различных
аметропиях, исходя из значений рефракции глаза 58,64 дптр.
Таблица 11
Длина глазного яблока для различных аметропий
Аметро¬
Длина глаза
Аметро¬
Длина глаза
Аметро¬
’Длина глаза
пия дптр.
мм
пия дптр.
мм
пия дптр.
мм
0
24,38
— 12
30,24
—24
40,17
— 1
24,78
—13
30,87
—25
41,31
- 2
25,19
—14
31,53
' “Ь 1
24,01
— 3
25,61
-15
32,21
+ 2
23.63
— 4
26,05
—16
32,94
+ з
23,27
— 5
26,51
-17
33,69
+ 4
22,92
— 6
26,98
—18
34,48
+ 5
22.60
— 7
27,47
—19
35,31
+ 6
22,27
— 8
27,98
—20
36,18
+ 7
21,96
- 9
28,51
—21
37,09
+ 8
21,65
—10
29,07
—22
38,06
+ 9
21,36
-11
29,64
—23
39,09
+10
21,07
117
В действительности аметропия может вызываться колебаниями
не только длины глазного яблока (осевая аметропия), но и его
рефракции (рефракционная аметропия).1
Отсюда следует, что истинные длины глазных яблок при раз¬
ных аметропиях могут и не быть такими, как в табл. 11.
§ 7. Астигматический глаз
При наличии астигматизма глаз не имеет одну и ту же ре¬
фракцию в различных сечениях, проведенных через его опти¬
ческую ось, а следовательно не имеет в этих сечениях одну и
ту же аметропию. Обычно имеются сечение, в котором аметро¬
пия глаза максимальна, и сечение, ему перпендикулярное, в ко¬
тором аметропия минимальна и в частном случае даже равна
нулю.
Такие сечения носят название главных сечений. Разность между
аметропиями в этих двух взаимно перпендикулярных сечениях ха¬
рактеризует степень астигматизма глаза. Причина астигматизма
обычно лежит в несферической форме поверхностей роговицы или
хрусталика или же в неправильном по отношению к оптической
оси глаза положении хрусталика.
Астигматический глаз, подобно астигматической линзе (см.
стр. 641), не дает от точки изображение в виде точки. Про¬
шедший через оптическую систему такого глаза световой пучок
имеет форму коноида Штурма (см. гл. XXII) и в пересечениях
с экраном дает не точки, а эллипсы и в двух фокусах глаза —
линии.
Такой глаз вообще говоря ни от какого объекта внешнего
мира не может дать резкого изображения на сетчатке. Только в
том случае, если объектом является линия и притом направлен¬
ная параллельно одному из главных сечений этого глаза, возможно
ожидать, что при определенном положении такой линии глаз бу¬
дет видеть ее резко. При этом, если глаз видит резко линию,
параллельную одному из двух главных сечений, то другая линия
при этой установке глаза уже резко видна быть не может.
На основании этого один из способов установления наличия
астигматизма состоит в том, что глазу предлагают фиксировать
звезду из черных линий на белом фоне или фигуры, составлен¬
ные из таких же линий разных направлений. Для неастигмати¬
ческого глаза все эти линии или фигуры будут видны одновре¬
менно одинаково. Астигматик же увидит одну какую-либо линию
или фигуру особенно отчетливо и резко, оствльные же и в осо¬
бенности линия, перпендикулярная первой, или фигура, состав¬
ленная из таких линий, покажутся ему при той же установке
глаза менее черными и резкими.
1 Одним из характерных примеров рефракционной аметропии является
так называемый афакический глаз, т. е. глаз с удаленным хрусталиком.
Рефракция такого глаза равна рефракции одной роговицы.
118
Это дает возможность, помимо наличия астигматизма, при¬
близительно установить и направления главных меридианов астиг¬
матического глаза.
Астигматизм даже в слабых степенях весьма значительно сни¬
жает остроту зрения и точность отсчетов по шкалам измери¬
тельных приборов и затрудняет сравнение яркостей двух приле¬
гающих полей при фотометрировании. Он же вызывает видимое
искажение формы объектов. Важно иметь в виду, что астигматизм
ь нельзя корригировать передвижением окуляров визульных при¬
боров.
Астигматизм чрезвычайно распространен: примерно 50 — 60%
аметропов являются одновременно астигматиками. Правильная
коррекция астигматизма чрезвычайно существенна для всякой
ответственной зрительной работы.
§ 8. Аккомодация
О механизме аккомодации было сказано в § 2 настоящей
главы. Для акта аккомодации большое значение имеет слоистое
строение хрусталика. Существование слоев хрусталика и централь
ного ядра дает возможность получать больший эффект аккомо¬
дации, нежели в случае, если бы хрусталик имел однородное
строение.
Из табл. 10 видно, что для схематического глаза рефракция
хрусталика в покое аккомодации равна 19,11 дптр.; в состоянии
максимального напряжения аккомодационного аппарата эта ре¬
фракция возрастает до 33,06 дптр. В соответствии с этим ре¬
фракция всего глаза изменяется с 58,64 до 70,57 дптр.
В той же табл. 10 можно найти значения других величин оп¬
тического аппарата глаза для состояния максимального напряже¬
ния аккомодации.
Из таблицы видно, что изменение положения главных плоско¬
стей глаза в связи с напряжением аккомодационного аппарата
весьма незначительно (0,4 мм), взаимное же расстояние между
главными плоскостями при этом смещении почти не ме¬
няется.
Поэтому при разного рода расчетах, не требующих особой
точности, этим смещением пренебрегают.«
Аккомодационная способность глаза в какой-либо заданный
момент характеризуется его объемом аккомодации, обозначае¬
мым Аал
где р — расстояние от передней главной точки глаза до ближней
119
точки глаза;1 а — расстояние от передней главной точки глаза
до дальнейшей точки глаза; величина А — аметропия.
Приведем несколько примеров на применение формулы (9).
Пример 1. Определить объем аккомодации миопического
глаза с аметропией А = 3 дптр., если ближняя точка этого глаза
находится на расстоянии 10 см перед глазом.
Решение. Согласно условию А= —3 дптр., р— —10 см.
Отсюда:
и
Пример 2. Найти объем аккомодации эмметропического
глаза, если положение ближней точки то же, как в примере 1,
т. е. 10 см перед глазом. Для эмметропического глаза А — 0.
Решение. Согласно условию р— —10 см и Р= —10 дптр.
Отсюда:
Пример 3. Найти объем аккомодации гиперметропического
глаза с аметропией А = -]- 3 дптр. при том же положении ближ¬
ней точки, как в примере 1, т. е. 10 см перед глазом.
Решение. Согласно условию А — -)-3 дптр., р=—10 см,
Р= —10 дптр. Отсюда:
Иэ этих примеров видно, что величина Ай, если пользоваться
принятыми правилами знаков, во всех случаях есть величина отри¬
цательная. Ее физический смысл делается понятным из следующего
равенства, которое может быть легко получено путем двукратного
применения формулы Гулльстранда {В — А-\- D) сначала к глазу,
фиксирующему свою дальнейшую, а затем ближайшую точку.
где Dx — рефракция глаза в покое аккомодации; D2 — рефрак¬
ция глаза в состоянии максимального напряжения аккомодации.
Таким образом численная величина объема аккомодации дает
ту прибавку в рефракции глаза, которая может быть осуще¬
ствлена в результате максимального напряжения аккомодацион¬
ного аппарата глаза.
Величина Аа для данного глаза не остается неизменной в тече¬
ние жизни человека: вследствие постепенной утери хрусталиком
1 Аналогично определению дальнейшей точки, ближней точкой
глаза называется точка на оси глаза, от которой оптическая система
глаза дает резкое изображение при максимальном напряжении аккомо¬
дации.
120
своих упругих свойств она непрерывно уменьшается в связи с уве¬
личением возраста человека. Это изменение Аа идет довольнаf
закономерно для всех глаз.
В табл. 12 даны значения объема аккомодации для разных
возрастов человека. Нетрудно видеть, что в возрасте 75 лет
всякая способность аккомодировать исчезает и объем аккомода¬
ции Аа = 0.
Таблица 12
Изменение объема аккомодации в зависи¬
мости от возраста человека
Возраст
годы
Объем акко¬
модации Аа
дптр.
Возраст
годы
Объем акко¬
модации Аа
дптр.
10
—14
45
—3,5
15
—12
50
—2,5
20
—10
55
—1,75
25
— 8,5
ЬО
—1
30
— 7
65
-0,5
35
— 5,5
70
—0,25
40
— 4,5
75
0
§ 9. Острота зрения
Эффективность работы глаза, или наша способность хорошо
видеть и различать предметы внешнего мира, зависит от целого
ряда факторов и условий. Наличие четкого изображения этих
объектов на сетчатке глаза, что связано конечно с функциониро¬
ванием оптического аппарата глаза, является одной из предпосы¬
лок хорошего видения или хорошего различения мелких деталей.
Отброшенное оптическим аппаратом глаза на сетчатку изо¬
бражение должно быть воспринято окончаниями волокон зритель¬
ного нерва и далее доведено ими до нашего сознания. Таким
образом хорошее видение связано еще и с надлежащим функцио¬
нированием сетчатки и нервно-мозгового аппарата.
Одной из величин, исключительно важных для характеристики
работоспособности глаза, является так называемая острота зре¬
ния (по-латински visus, обозначается V').
Острота зрения связана с функционированием как оптического
аппарата глаза, так и его световоспринимающего аппарата. Она
характеризуется тем наименьшим углом w между двумя точками,
при котором эти точки воспринимаются глазом раздельными.
Верхняя граница остроты зрения считается связанной с ана¬
томическим строением сетчатки. В микроскоп видно, что сетчатка
121
%* состоит из отдельных клеток, имеющих форму шестигранников
и содержащих в себе по одному окончанию зрительных нервов.
Такое строение сетчатки схематически изображено на рис. 69.
Считается установленным, что две точки видны раздельными
только в том случае, если изображения от них падают на два
шестигранные элемента сетчатки, разделенные одним нераздра¬
женным элементом (а и b на рис. 69). Если же изображения падают
на два соседние элемента сетчатки (а и с на рис. 69), то такие
две точки в нашем сознании не
разделяются, а сливаются в одну
точку.
Наблюдения показали, что
средний поперечник шестигран¬
ной клетки в fovea centralis глаза
может быть оценен примерно
в 0,005 мм.
Отсюда возможно найти ве¬
личину минимального угла между
двумя точками, при наличии ко¬
торого изображения этих точек
будут разделены промежутком,
соответствующим среднему попе¬
речнику одного из шестигранных элементов сетчатки. Этот угол
может быть найден по формуле:
где ß — величина изображения,/' — заднее фокусное расстояние,
w — угловой размер объекта.
Полагая в этой формуле: /' = 17,05 мм, [3 = 0,005 мм, нахо¬
дим величину tgw:
Отсюда может быть найден угол w, который оказывается рав¬
ным 1
Таким образом минимальное угловое расстояние между двумя
точками, при котором изображения их, получаемые на сетчатке,
могут быть еще разделены одним нераздраженным элементом послед¬
ней, если исходить из среднего поперечника шестигранной клетки
сетчатки, равно 1'.
Острота зрения, соответствующая этому среднему минималь¬
ному углу w=l'j условно и принимается за 1.
Таким образом:
122
Рис. 69.
Размер шестигранных клеток сетчатки у разных людей неоди¬
наков и подвержен значительным колебаниям. Уже одно это обстоя¬
тельство, помимо всех прочих, может объяснять значительные коле¬
бания в остроте зрения для разных глаз. Встречаются случаи
остроты зрения как меньшей 1, так и значительно превышающей 1,
без каких бы то ни было патологических изменений в глазу, что
заставляет считать применяемую для характеристики остроты зре¬
ния единицу, соответствующую углу<ге;=1', чисто условной еди¬
ницей.
Для одного и того же глаза мы можем иметь неодинаковую
остроту зрения в зависимости от формы различаемых объектов.
Особенно замечателен и имеет большое значение для измери¬
тельной техники тот факт, что острота зрения для двух объектов
в виде линий оказывается значительно выше в том случае, если
последние расположены не рядом, а составляют продолжение
одна другой. Объяснение явления исключительно высокой остроты
зрения в случае, когда определяется смещение двух линий, соста¬
вляющих одна продолжение другой, на¬
ходят в предположении, что глаз мо¬
жет устанавливать факт смещения та¬
ких линий и тогда, когда изображения
их ложатся на два соседних ряда ше¬
стигранных элементов сетчатки. Когда
же рассматриваемые линии располо¬
жены рядом, они видны раздельно
только при условии, что между дву¬
мя рядами раздраженных элементов сетчатки имеется , хотя бы
один ряд нераздраженных элементов (рис. 69).
Для определения остроты зрения глаза в медицинской пра¬
ктике обычно применяют различные таблицы с буквами, цифрами
или иными знаками, которые испытуемый должен различать. Суще¬
ствует чрезвычайно большое число различным образом устроен¬
ных таблиц. Одной из наиболее распространенных является таблица
Снеллена со знаками формы, изображенной на рис. 70.
Толщины штрихов и белых промежутков должны быть таковы,
чтобы с заданного расстояния* они были видны глазу под углом в 1;
(весь знак виден тогда под углом в 5'). Знаки эти на таблице
расположены в виде строк. В каждой строке помещены знаки,
разным образом повернутые для одного и того же расстояния.
Против каждой строки помечается то расстояние, с которого
каждый штрих знака виден под углом 1', а также та острота
зрения, при наличии которой знаки данной строки должны разли¬
чаться с расстояния 5 м, на котором и помещается испытуемый.
Результаты, получаемые при определении остроты зрения
помощью таблиц, должны рассматриваться как весьма приближен¬
ные. Острота зрения, определенная помощью таблиц с одними
знаками, обычно не соответствует определенной для таблиц с дру¬
гими знаками.
123
Рис. 70. Рис. 71.
Наиболее совершенными из табличных знаков считаются так
называемые круги, или кольца Ландолъта> один из которых изобра¬
жен на рис. 71. При пользовании этими знаками испытуемый
должен указать, в какую сторону направлен раствор кольца. Точное
определение остроты зрения должно однако производиться иными —
более сложными — методами,
§ 10. Факторы, влияющие на остроту зрения
Острота зрения зависит от целого ряда факторов — как опти¬
ческих, так и связанных со строением и функционированием
сетчатки.
Из оптических факторов на остроту зрения влияют те из них,
которые определяют качество изображения на сетчатке. Высока»
острота зрения требует, чтобы изображение объекта на сетчатке
было резким, четким — таким, чтобы границы света и тени были
по возможности резки и контраст между ними велик.
Отсюда следует прежде всего, что некорригированные аметро¬
пия и астигматизм понижают остроту зрения, а тем самым и эффек¬
тивность работы глаза. Рис. 67 и 68 показывают, что как в случае
миопии, так и в случае гиперметропии при покое аккомодацион¬
ного аппарата мы не получаем на сетчатке резкого изображения
удаленной точки, а значит и удаленного объекта. Если гиперме-
тропия не очень велика, то, имея соответствующий запас аккомодации,
возможно, увеличивая рефракцию глаза, привести задний фокус
глаза F' на сетчатку и значит добиться на последней резкого
изображения. В этом случае возможно иметь высокую остроту
зрения, однако при наличии непрерывного напряжения аккомодации,
что связано с утомлением глаза. В случае миопии аккомодация
помочь различению мелких объектов не может.
Для повышения остроты зрения и устранения необходимости
непрерывно и значительно аккомодировать, необходимо назначение
коррекции аметропий.
Особенно большое значение для работы с оптическими прибо¬
рами имеет вопрос о правильной коррекции астигматизма: если
соответствующей установкой окуляров оптических приборов по
аметропии возможно корригировать небольшие степени аметропии,
то астигматизм глаза таким путем корригирован быть не может,
что в значительной степени сказывается на точности отсчетов
или качестве наблюдения. Поэтому в случае астигматизма необхо¬
димо работать с оптическими приборами в очках, корригирующих
астигматизм.
Если аметропия и астигматизм правильно корригированы, рез¬
кое изображение на сетчатке может не получаться в силу ряда
иных причин. Основными из них являются: сферическая аберрация
глаза, хроматизм глаза и дифракционные явления при прохождении
света через зрачок глаза.
Сферическая аберрация и дифракционные явления в глазу
124
связаны с размером зрачка глаза. Чем больше диаметр зрачка,
тем больше сказывается действие сферической аберрации в смысле
увеличения обусловливаемых ею кружков рассеяния. С точки
зрения влияния сферической аберрации на резкость изображения
уменьшение диаметра зрачка должно сказываться благоприятно.
Для дифракционных явлений в глазу, также сказывающихся
отрицательно на качестве изображения на дне глаза, справедливо
обратное: явление дифракции будет сказываться на качестве изо¬
бражения тем сильнее, чем меньше диаметр зрачка.
Возможно рассчитать, при каком диаметре зрачка явления
дифракции и сферической аберрации при их совместном действии
будут возможно меньше сказываться на остроте зрения. Такие
подсчеты дают для диаметра зрачка, наиболее благоприятного для
остроты зрения, величину в 3 — 4 мм. Экспериментальные данные
подтверждают этот полученный теоретическими подсчетами ре¬
зультат.
Хроматическая аберрация1 глаза также сказывается отрица¬
1 Разность в рефракции глаза для фиолетовых и красных лучей
достигает 2,25 дптр. Аккомодация меняет величину хроматической абер¬
рации глаза. Точные данные для величины хроматизма глаза еще не
получены.
125
Рис. 72.
тельно на резкости изображения на дне глаза, а следовательно
и на остроте зрения. С этой точки зрения понятны результаты
ряда исследований, показавших, что глаз имеет большую остроту
зрения при пользовании источниками освещения монохроматиче¬
скими, нежели источниками смешанного света.
Так как острота зрения связана со структурой сетчатки, то
всякое изменение зтой структуры, (растяжение сетчатки при силь¬
ной миопии, болезненные поражения отдельных элементов или
частей Сетчатки) может значительно изменить остроту зрения.
В разных местах сетчатки острота зрения неодинакова. На
рис. 72 изображена кривая, иллюстрирующая зависимость остроты
зрения от места на сет¬
чатке. По оси абсцисс
на этой кривой отложены
угловые расстояния от¬
дельных мест сетчатки от
fovea centralis, (обозна¬
чено 0°), по оси орди¬
нат—острота зрения в ус¬
ловных единицах. Сплош¬
ная кривая соответствует
зрению колбочками, пунк¬
тирная кривая — зрению
палочками, т. е. так на¬
зываемому сумеречному
зрению.
Из этой кривой вид¬
но, что по мере удаления
от fovea centralis острота
зрения весьма быстро па¬
дает. Для „палочкового^
зрения острота зрения
имеет максимальное значение не в центре, а для мест сетчатки,
расположенных под углом 15 — 20° по отношению к fovea centralis.
Заштрихованный прямоугольник соответствует слепому пятну глаза.
Все пространство перед глазом, в котором возможно различе¬
ние объектов при неподвижном глазе, носит название поля зрения.
Границы поля зрения различны для разных глаз и объектов
разного цвета. Средние цифры границ поля зрения для белого
цвета: вверх — 40°; вниз — 60°; к носу — 50°; к виску — 75°.
В чрезвычайно сильной степени зависит острота зрения от
интенсивности освещения, а также от контрастности объекта и фона.
Исследования показали, что острота зрения, определяемая помощью
черных объектов на белом фоне, быстро растет с увеличением
освещения, достигая оптимальных значений при освещениях по¬
рядка 150—200 лк. Сказанное иллюстрируется кривой на рис. 73-
В качестве примера того, насколько сложно дело определения
остроты зрения и какой тщательной методики оно требует, можно?
Рис. 73.
указать хотя бы на многочисленные работы, выяснившие . влияние
побочных раздражителей на остроту зрения. Такими, побочными
раздражителями могут быть световое раздражение другого (не
исследуемого) глаза, звуковые раздражения и т. п.
§ 11. Адаптация
В процессе повседневной зрительной работы глазу приходится
работать в самых разнообразных осветительных условиях и фикси¬
ровать попеременно объекты самых различных яркостей. Диапазон
яркостей, с которыми приходится иметь дело нашему глазу,
а следовательно и соответствующих освещенностей на зрачке
глаза колоссален: мы свободно ориентируемся в пространстве
и различаем окружающие нас предметы и ночью, при свете звезд,
и днем, при освещенностях, превосходящих эти первые в миллионы
и более раз. Эта способность светочувствительного аппарата
глаза приспособляться к различным яркостям известна под назва¬
нием адаптации.
Процесс переключения светочувствительного аппарата глаза
с установки на яркости одного порядка на установку для других
яркостей не совершается моментально, и должно протечь некото¬
рое определенное время прежде, нежели эффективность работы
светочувствительного аппарата глаза при новых условиях дости¬
гает необходимого для успешной зрительной работы уровня. Это
явление легко наблюдается при переходе из хорошо освещенного
помещения или с улицы в помещение, освещенное значительно
слабее: в первое время после такой внезапной смены яркостей
глаз теряет способность различать отчетливо окружающие пред¬
меты и их детали, и только по истечении некоторого времени он
адаптируется, или приспособляется, к новым яркостям и получает
возможность различать окружающие предметы и их детали так,
как это вообще возможно для глаза при новых осветительных
условиях. Обратно, глаз, адаптированный на слабые яркости, при
внезапном переходе к яркостям, значительно более сильным, ну¬
ждается в определенном промежутке времени для того, чтобы по¬
лучить способность нормально работать в новых осветительных
условиях. Изложенное понятно, если иметь в виду механизм про¬
цесса адаптации.
При слабых освещенностях в глазу работают палочки, и зра¬
чок глаза при этом широкий. При переходе к более сильным
освещенностям зрачок суживается, и в работу вступают кол¬
бочки, палочки же работать перестают. Для защиты колбочек от
излишних световых раздражений, при которых запас светочувстви¬
тельного вещества в них разрушался бы быстрее, нежели вновь
восстанавливался, служат зерна черного пигмента, находящегося
при сравнительно слабых освещенностях в последнем, десятом
слое сетчатки и постепенно, в течение известного промежутка
времени, передвигающегося из этого слоя в наружные слои под
127
влиянием падающего на сетчатку яркого света. Находясь в на¬
ружных слоях сетчатки, черный пигмент поглощает излишний свет
и тем самым предохраняет светочувствительное вещество колбочек
от слишком быстрого разрушения.
При обратном переходе из светлого помещения в более темное
колбочки работать перестают. Палочки же начинают работать не
сразу, а лишь тогда, когда в них восстановлен в достаточном ко¬
личестве зрительный пурпур, который при сильных освещенностях
оказывается весь разрушен. Поэтому в первые моменты после пе¬
рехода от яркого света к освещенностям более слабым глаз те¬
ряет свою чувствительность к различению мелких деталей и при¬
обретает ее снова только по исте¬
чении некоторого времени.
При переходе от слабых осве¬
щенностей к более сильным на
приспособление глаза к новым
условиям работы также требуется
время, которое идет на переме¬
щение зерен черного пигмента,
защищающего колбочки, и на со¬
кращение размеров зрачка.
Чувствительность световоспри¬
нимающего аппарата глаза при
данном состоянии адаптации глаза
определяется величиной порога
раздражения сетчатки, т. е. тем
минимальным количеством свето¬
вой энергии, падающей на зрачок
глаза, которое еще способно вы¬
зывать световое ощущение.
Для глаза, пробывшего доста¬
точно долгое время в темноте и
дфиобревшего максимальную чувствительность сетчатки, величина
порога раздражения очень мала. Она колеблется в среднем для
центрального зрения от 2,5 • 10~10 до 1,5 • 10“9 эрг/сек. для пол¬
ной темновой адаптации.
Глаз, попадающий в темноту сразу после яркого света, имеет
в первые моменты пребывания в темноте пониженную чувстви¬
тельность сетчатки, а следовательно и довольно высокий порог
раздражения; последний под влиянием пребывания в темноте по¬
степенно понижается. Это явление иллюстрировано кривой
рис. 74.
Из рис. 74 видно, что быстрое возрастание кривой адаптации
заканчивается в промежуток времени примерно в 40 — 50 мин.,
после чего возрастание чувствительности глаза совершается уже
сравнительно медленно.
Обратное явление — понижение чувствительности глаза при
переходе от темноты к свету, а именно для частного случая,
128
Рис. 74.
когда фиксируемая яркость равна 0,003 стильба, — иллюстрируется
кривой рис. 75. Для других яркостей получаются иные кривые,
однако вид их примерно тот же.
То обстоятельство, что процесс переадаптации глаза требует
определенного промежутка времени, должно быть учитываемо при
создании рациональных условий работы глаза.
Рис. 75.
§12. Контрастная чувствительность, быстрота различения и
устойчивость ясного видения
Помимо остроты зрения, чрезвычайно существенными величи¬
нами, характеризующими эффективность зрительной работы, являются:
контрастная чувствительность глаза, быстрота различения и устой¬
чивость ясного видения.
Если глаз фиксирует некоторую яркость В, а величина наи¬
меньшего изменения величины этой яркости, еще различаемая
глазом, есть А В, то отношение A BjB и называется контрастной
чувствительностью глаза. Чем меньше А В/В, тем более чувстви¬
тельным оказывается глаз к восприятию контрастов при данных
условиях.
Исследования показали, что для довольно большой области
значений В> соответствующих тем обычным освещенностям, с ко¬
торыми глазу приходится иметь дело при обычной работе, вели¬
чина A BjB примерно постоянна. При яркостях ниже 0,002 —
0,003 стильба величина A BjB начинает быстро расти, что указы¬
вает на понижение контрастной чувствительности. Точно так же
9 &ак. 3730. Справочн. кн. оптяко-кеханика. 129
падает контрастная чувствительность и для очень больших ярко¬
стей, близких к таким значениям, которые вызывают ослепление.
Величина контрастной чувствительности зависит конечно и or
адаптации глаза.
Для того чтобы глаз различил ту или иную деталь, необхо¬
димо известное время. То минимальное время, которое требуется,
для различения той или иной детали, и характеризует быстроту
различения. Быстрота различения зависит между прочим от
остроты зрения, контраста между деталью и фоном, на котором
она проектируется, освещенности и т. д.
Для вопроса о создании рациональных условий работы глаза
большое значение имеет зависимость быстроты различения от
освещенности при постоянных прочих условиях. Оказывается, что
с увеличением освещенности быстрота различения растет, причем
быстрый рост этой величины для случая темных деталей на свет¬
лом фоне заканчивается только при освещенностях около 600 —
700 лк, вообще же продолжается и для освещенностей свыше
1000—1200 лк. Это обстоятельство существенно для вопроса
о выборе рационального освещения. Оно указывает между прочим
на выгоду применения больших освещенностей на рабочих местах.
Наблюдения показывают, что глаз, фиксирующий тот или иной
объект или его деталь, не сохраняет непрерывно способность
хорошего различения этого объекта или его детали: можно заме¬
тить, что время хорошего различения чередуется с промежутками,
когда фиксируемый объект виден значительно* хуже.
Возможно измерить суммарные промежутки времени, в течение
которых объект виден ясно и неясно, причем. такие измерения
относят к некоторому определенному отрезку времени, в течение
которого производится эксперимент. Получаемые при этом цифрьг
характеризуют так называемую устойчивость ясного видения.
Устойчивость ясного видения также зависит от освещенности, и
быстрый рост ее заканчивается примерно при освещенностях
в 200 лк.
Контрастная чувствительность глаза, быстрота различения и
устойчивость ясного видения совместно с остротой зрения в зна¬
чительной степени характеризуют работоспособность глаза в дан¬
ный момент. Для эффективной работы глаза важно создать такие
условия его работы, при которых все эти величины имели бы
свои оптимальные значения.
§13. Чувствительность глаза к цветам
Разные порции лучистой энергии, одинаковые в отношении
количества, но различные в отношении состава, т. е. отличаю¬
щиеся длиной волны, вызывают неодинаковой интенсивности зри¬
тельные впечатления, иначе говоря, кажутся неодинаково яркими.
Указанное явление характеризуется кривой, известной под назва¬
нием кривой видимости излучений (рис. 76).
130
По оси абсцисс на рис. 76 отложены длины волн излучения,
по оси ординат — их видимость, или иначе интенсивность вызы¬
ваемого ими зрительного впечатления. Количество энергии, за¬
ключающееся в излучении определенной длины волны, предпола¬
гается при этом одинаковым. Из рисунка видно, что максималь-
ная чувствительность сетчатки имеет место при излучениях длины
волны 555 м ix. При уклонении от этой длины волны в обе сто¬
роны видимость излучения быстро падает. Если глаз фиксирует
очень слабые яркости так, что работают палочки, а не колбочки,
и сами цвета нами уже не различаются, кривая видимости не¬
сколько смещается влево, сохраняя свою прежнюю форму (явление
Пурю* чьё).
Вопрос о форме кривых видимости, их уклонениях от обыч¬
ной формы для отдельных глаз имеет огромное значение для во¬
просов чувствительности сетчатки к цветам, различения цветных
объектов и пр., которые здесь за недостатком места, как и мно¬
гие другие вопросы физиологической оптики, затронуты быть не
могут.
§ 14. Последовательные образы
Было указано, что зрительное ощущение в нашем сознании
возникает в результате процессов распада светочувствительного
вещества в колбочках и палочках. Эти процессы протекают во
времени, отчего и моменты раздражения сетчатки и возникнове¬
ния соответственного зрительного ощущения должны быть разде¬
лены некоторым промежутком времени. Экспериментальные
исследования подтверждают это заключение. Установлено, что
время, потребное на возникновение зрительного ощущения, зави¬
9': 131
Рис. 76.
сит от интенсивности раздражающего стимула и длины волны его
излучения. Указанные факты имеют большой теоретический инте¬
рес и используются в ряде методов и приборов (стереофото¬
метрия).
Если стимул, вызвавший световое раздражение, прекратил свое
действие, то вызванное им световое раздражение сразу не исче¬
зает: мы продолжаем видеть этот раздражитель еще в течение
некоторого времени после того, как он уже исчез. Именно пе¬
тому быстро двигающаяся светящаяся точка ощущается нами
в виде светящейся линии. Если вызванное интенсивным раздражи¬
телем световое ощущение уже исчезло, то разложившееся под
влиянием этого раздражителя светочувствительное вещество в па¬
лочках или колбочках восстанавливается не сразу, а в течение
некоторого времени, т. е. другими словами чувствительность сет¬
чатки в тех местах, которые были предварительно раздражены,
несколько ниже, нежели в местах, раздражению не подвергав¬
шихся.
В связи с этим мы ощущаем в течение некоторого времени
на сетчатке след исчезнувшего изображения, который может быть
замечен на светлом фоне в виде темного пятна, имеющего ту же
форму, какую имел исчезнувший раздражитель. Этот видимый
нами след от предыдущего раздражения носит название последо¬
вательного образа.
Такие последовательные образы от ярких источников света
или ярких поверхностей мы имеем постоянно в поле нашего зре¬
ния, причем они могут в значительной степени снижать эффек¬
тивность глаза. Это же обстоятельство заставляет принимать меры
к тому, чтобы по возможности избегать присутствия слишком
сильно /контрастирующих яркостей в поле зрения глаза.
§ 15. Зрение двумя глазами (бинокулярное зрение)
Если рассматриваемый объект находится далеко, зрительные
оси обоих глаз параллельны (рис. 77, где Z/ — центр вращения
глаза); изображения объектов в каждом глазу попадают на fovea
centralis, и мы получаем в этом случае ощущение одного объекта.
Если фиксируемая точка или объект расположены на конечном
расстоянии перед глазом, то, для того чтобы рассмотреть их, глаза
поворачиваются в своих орбитах и принимают такое положение,
при котором зрительные оси пересекаются на рассматриваемом
объекте или отдельной его детали. Такой случай изображен на
рис. 78. В этом случае изображения этого объекта или точки
тоже попадают на fovea centralis, и объект виден нами одиночным.
Угол, составляемый зрительными осями глаз при фиксировании
объекта, лежащего на конечном расстоянии перед глазом, носит
название угла конвергенции. Угол конвергенции зависит как от
положения объекта, так и от расстояния между центрами вра¬
щения двух глаз (Z^p и ZxeB).
132
Весьма существенно, что при фиксации глазом точки О изоб¬
ражения других точек могут занять на сетчатках двух глаз раз¬
личные относительно друг друга положения. Может случиться,
что изображения точек попадут на такие места сетчатки, которые
Рис. 77.
окажутся одинаково удаленными от fovea centralis (Af и А^лев )
и притом в одну и ту же сторону (точка Ох на рис. 78). Такие
точки тоже воспринимаются нами как одиночные. Может слу¬
читься однако, что изображения в обоих глазах окажутся на та¬
ких местах сетчатки, которые отстоят не на одинаковых расстоя¬
ниях от fovea centralis (точка 02 на рис. 78) или же на одина¬
ковых расстояниях, но по разные стороныпот fovea centralis
(точка 03 на рис. 78). Такие точки могут восприниматься нами и
двойными.
133
Рис. 78.
Будет иметь место двоение или нет, зависит от степени отно¬
сительного расхождения мест изображений на сетчатках правого
и левого глаза. При небольших относительных разностях в от¬
стояниях изображений от fovea centralis на сетчатках обоих глаз
мы можем и не замечать двоения: эти небольшие различия в по¬
ложениях изображений объектов на сетчатке имеют очень боль¬
шое значение для восприятия нами глубинности пространства или
разной удаленности одного объекта относительно другого. Именно
в этом факте, а также отчасти в способности ощущать различные
напряжения вызывающих аккомодацию и конвергенцию мышц,
имеющие место при попеременной фиксации различно удаленных
объектов, и ищут объяснения явления стереоскопического вос¬
приятия.
Для правильного бинокулярного зрения существенно, чтобы
мышцы, вращающие оба глаза, функционировали правильно. Если
это не имеет места, возможны значительные нарушения правиль¬
ного бинокулярного восприятия, известные под названием асте¬
нопии, или косоглазия, на которых мы однако останавливаться не
будем.
§ 16. Зрительное утомление
Чрезвычайно существенно стремиться не только увеличить
эффективность работы глаза, но и создать такие условия, при ко¬
торых эго повышение эффективности зрительной работы было бы
связано с возможно меньшим зрительным утомлением. Сказанное
имеет значение как для работы глаз, не вооруженных каким бы
то ни было оптическим прибором, так и для работы с помощью
того или иного оптического прибора.
Разрешение поставленной задачи требует выяснения прежде
всего вопроса о том, каковы те условия работы глаз, при кото¬
рых зрительное утомление минимально, а также какие именно
зрительные функции и как именно меняются при напряженной
зрительной работе. Решение последнего вопроса дало бы возмож¬
ность численно характеризовать степень зрительного утомления,
что несомненно чрезвычайно важно для сравнения различных
условий работы глаза. Вопрос этот не можег однако в настоящее
время считаться вполне разрешенным. Известно, что из двух
аппаратов глаза, играющих основную роль в зрительных процессах —
светочувствительного и мышечного, — преимущественно утомляется,
т. е. снижает свою работоспособность, последний. Поставленная
в рациональные световые условия (в смысле интенсивности раз¬
дражителей и их распределения) сетчатка, после того как про¬
цесс адаптации закончился, работает сравнительно постоянно и
утомляется мало. Значительно больше утомляется мышечный
аппарат глаза, определяющий аметропию, аккомодацию, конвер¬
генцию и определенный диаметр зрачка.
Весьма существенно поэтому создать благоприятный режим
134
работы именно для мышечного аппарата глаза. Последнее воз¬
можно путем рационального устройства освещения, устранения
больших контрастов в яркостях в поле зрения глаза, правильной
коррекции глаз и применения специальных корригирующих средств,
частично или совсем освобождающих зрительный аппарат глаза
от конвергенционных и аккомодационных напряжений.
Учет условий работы глаза и устранение факторов, вызываю¬
щих зрительное утомление, необходимы при конструировании
визуальных оптических приборов и работе с ними.
ОПТИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ
ПРИБОРЫ
K. E. Солодилоя
Глава IV
ПРИБОРЫ ДЛЯ ВОЕННЫХ НАДОБНОСТЕЙ
Приводимые в этой главе оптические данные отдельных воен¬
ных зрительных приборов требуют следующих общих замечаний.
Приводимое поле зрения есть объективное или действительное.
Субъективное, или кажущееся, поле зрения получается почти
точно, если объективное поле зрения, выраженное в градусах,
умножить на увеличение данной зрительной трубы; например: объ¬
ективному полю зрения 8,75° при 8-кратном увеличении соответ¬
ствует субъективное поле зрения 70°.
Выходной зрачок (если он действительный) — малый светлый
участок поверхности, видимый перед окуляром, большей частью —
круг или (как например в дальномерах) четырехугольник. В по¬
следнем случае под сечением выходного зрачка понимают диаметр
равновеликого ему по площади кружка.
Светосила численно характеризуется квадратом величины диа¬
метра равновеликого по площади круга.
Под панкратическим переменным увеличением понимается
устройство, которое позволяет установить всякое любое увели¬
чение в пределах заданных границ для наименьшего и наиболь¬
шего увеличений. Изображение цели во время перестановки уве¬
личения остается постоянно одинаково резким.
Штриховая пластинка с угловыми делениями предусмотрена
для всех наблюдательных приборов, чтобы определять отклонение
визирной линии как по высоте, так и в стороны. Она одновре¬
менно является вспомогательным средством для определения даль¬
ности цели, размер которой известен или определен на-глаз.
Штриховые пластинки могут изготовляться во всяком желаемом
выполнении и делениях.
Крестовины у прицельных труб и прицельных устройств гаран¬
тируют точную наводку на цель. Они поставляются, смотря по
желанию, одноштриховыми, крестом, стрелкой, кругом и т. п.
Делительные круги со штриховыми делениями также в соот¬
ветствии с заданием изготовляются во всех желаемых делениях.
Двойной защитный наглазник предусмотрен для большинства
монокулярных приборов с целью защиты глаза наблюдателя от
139
ветра и ослепления, с тем чтобы в случае надобности тотчас
можно было продолжать наблюдения с до сих пор свободным
глазом.
Ночное освещение предусмотрено для всех приборов, за исклю¬
чением наблюдательных зрительных труб.
§ 1. Приборы для наблюдения
1. Наблюдательные зрительные трубы для ручного поль¬
зования. Наблюдательные зрительные трубы должны повышать
зрительную способность глаза при отыскивании, распознавании и
наблюдении противника и тем самым придавать большую точность
всем наблюдениям — ночным и дневным — на все расстояния.
Кроме того эти трубы, снабженные дальномерной сеткой в поле
зрения, могут служить также для корректировки артиллерийской
стрельбы.
Рис. 79.
Рис. 80.
Во всех приборах при их изготовлении в основу положено
стремление соединить малые габаритные размеры и незначитель¬
ный вес с хорошими оптическими данными, большой выносливостью
и простым обслуживанием. Самые употребительные типы наблю¬
дательных труб приведены в табл. 13 с указанием важнейших
их оптических данных.
Во всех бинокулярных зрительных трубах (рис. 79) установка
на резкое видение производится по диоптриям для каждого глаза
в отдельности; если это приспособление не имеет значения, то
бинокулярные зрительные трубы изготовляются с одновременной
установкой на резкость для обоих окуляров с помощью среднего
винта. Правильное расстояние между глазами дается соответствую¬
щим наклоном половинок зрительной трубы около соединитель¬
ного шарнира.
Приведенные в табл. 13 под № 1—7 бинокли — обыкновенные
зрительные трубы для повседневного употребления: для навигации,
разведки и общего наблюдения днем и ночью. Их увеличение,
Таблица 13
Наблюдательные зрительные трубы для ручного пользования и на
штативе
№ по пор.
Обозначения
Увеличение
Действительный
диаметр объекти¬
ва мм
Поле зрения
Выходной
зрачок мм
Приблизитель¬
ный вес без
футляра кг
Примечания
В угловых
мерах
В метрах
на расстоя¬
ние 10 00 м
1
2
3
4
5
6
7
Бинокль
19
W
п
Дл
бХ
бХ
7Х
8Х
8Х
8Х
8Х
Я РУ
24
30
50
24
24
30
40
ч н о г о
8,5°
8,5°
7,3°
6,3°
8,75°
8,5°
8,75°
пользе
150
150
128
110
154
150
154
1 в а н и я
4
5
7,1
3
3
3,75
5
0,475
0,540
1,175
0,390
0,560
0,600
1090
Преимуще¬
ственно ночной
бинокль
8
Монокулярная
зрительная труба
с 3 различными
увеличениями
12Х
24Х
42Х
J 60
На ш т а
4,1°
2,0°
1,0°
т и в е
72
35
17,5
5
2,5
1,4
| 2,00Э
Со штативом
и футляром
7,5 кг
9
Бинокулярная
зрительная труба
с 3 различными
увеличениями
12Х
24Х
42Х
| 60
4,1°
2,0°
1,0°
72
35
17,5
5
2,5
1,4
| 4,750
1
Со штативом
и футляром
11,9 кг
10
Панкратическая
зрительная труба
XX
* 3
12,5—2,5°
219-43,6
11,5-2,4
1,900
И
Бинокулярная
зрительная труба
с 3 увеличениями
§85
XXX
| 80
3,5е
2,1°
1,0°
61
36
18
6,7
4
2
| 8,600
Со штатизом
и футляром
22,8 кг
12
Прямая стерео¬
труба, база 60 см
юХ
40
4,0°
70
4
6,000
Со штативом
и ящиком 26 кг
13
Прямая стерео¬
труба, база 1,52 м,
с 2 уве личениями
8 о
XX
ь
4,0°
2,0°
70
35
5
2,5
15,000
Со штативом
и ящиком 35 кг
14
Бинокулярная
/руб а
8Х
60
8,75°
154
7,5
4.4J0
Ночной би¬
нокль для
прожекторов
141
светосила и поле зрения имеют так много вариантов, что практи¬
чески эти трубы могут удовлетворять почти всем требованиям
военного дела. Прибор № 3 (табл. 13, рис. 80) благодаря своей
особой светосиле является настоящим ночным прибором и при¬
годен для наблюдения артиллеристами, в навигации и для ночных
наблюдательных постов.
Прибор № 7 (табл. 13) также хорошо применим ночью.
2. Наблюдательные зрительные трубы на штативе. Наблю¬
дательные зрительные трубы на штативе благодаря большому уве¬
личению и повышенной стереоскопичности (стереотрубы складные
и прямые) особенно пригодны для распознавания небольших трудно
отыскиваемых целей (подводные лодки, следы от движения торпед,
замаскированные пункты стояния батареи, наблюдательные пункты
и т. п.).
Все зрительные трубы легко движутся на своем штативе как
в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях, что дает
возможность удобно следовать за движением судна или другой
подвижной цели. Кроме того их можно закреплять в любом из
этих положений.
а) Зрительная труба 12х, 24х, 42х X 60 (№ 8 по табл. 13
и рис. 81), представляющая собой наблюдательную монокулярную
зрительную трубу с револьверным окуляром для 3 увеличений
(12х, 24х и 42х) и с особой установкой на резкое видение для
Рис. 81.
Ркс; 82.
каждого из 3 окуляров. Следует отметить особо сильные пределы^
увеличений в этой трубе.
б) Бинокулярная зрительная труба /2х, 24х, 42х X
(№ 9 ьо табл. 13 и рис. 82)—такая же зрительная труба, как
и предыдущая, но в бинокулярном выполнении и с получением
благодаря этому большой стереоскопичности. Эти трубы очень,
пригодны для обмена сигналами на большие расстояния.
в) Панкратическая наблюдательная труба от 4х до 20х
(№ 10 по табл. 13 и рис. 83) — монокулярная зрительная^
труба, в которой можно устанавливать любое увеличение в пре¬
делах от 4х до 20х. Таким образом
имеется возможность, не теряя из
поля зрения найденного предмета,
распознавать его посредством уста¬
новки наиболее подходящего увели¬
чения.
г) Бинокулярная зрительная
труба 8х X 60 (№ 14 по табл. 13)—
специальный ночной прибор для оты¬
скивания морских и воздушных це¬
лей; годится для указания точного
направления и т. п.
3. Наблюдательные зрительные
трубы для башенных установок.
Из закрытых башен кораблей наблю¬
дательные трубы выводятся перпен¬
дикулярно вверх через соответствую¬
щую муфту в крыше башни, так что
окулярная часть трубы находится
внутри башни, а объективная — сна¬
ружи. В этой муфте наблюдательная
труба может поворачиваться на все
360°. Чтобы было возможно при
колебаниях судна (качка) удерживать горизонт или определен¬
ную цель в поле зрения, объективная призма в соответствии
с качкой судна может поднимать или опускать визирную линию*
около горизонтальной оси. Такая наблюдательная труба может
употребляться как для навигационных, так и для артиллерийских
целей.
Для навигационных целей, следовательно в командирских руб¬
ках, применяются следующие трубы.
а) Монокулярная зрительная труба с круговым обзором по
горизонту (рис. 84), главная особенность которой заключается,
в неподвижном окуляре, так что наблюдатель при обзоре гори¬
зонта не должен менять своего места наблюдения. Объективная
визирная линия может поворачиваться на 360°, и направление по
высоте может устанавливаться поднятием или опусканием визирной
143
Рис. 83.
.линии в вертикальной плоскости. Для перенесения боковой на¬
водки на другое место прибор может присоединяться к соответ¬
ствующему указательному приспособлению. Предусмотрены также
установки на резкое видение, перемена цветных светофильтров и
двойной защитный наглазник.
Увеличение 4х
Поле зрения 17,5°
Диаметр выходного зрачка 6,7 мм
Приблизительный вес 28 кг
б) Бинокулярная перископическая зрительная труба (рис. 85)
<не имеет неподвижного окуляра, как труба для кругового обзора
Рис. 84. Рис. 85. Рис. 86.
{рис. 84), однако преимущество ее в двойном увеличении (1,8х
и 6х) и в повышенной стереоскопичности. Остальные принадлеж¬
ности— как у предыдущей трубы; боковое направление и уста¬
новка по высоте визирной линии могут быть отсчитываемы на
соответствующих лимбах с делениями.
Увеличение 1,8х и 6Х
Поле зрения 27° и 8,2°
Диаметр выходного зрачка 9 и 7 мм
Приблизительный вес 24 кг
Для артиллерийских целей выработался главным образом сле¬
дующий тип.
в) Бинокулярная панкратическая перископическая труба
(рис. 86) — дальнейшее развитие только-что описанной биноку¬
лярной перископической трубы для артиллерийских целей. До¬
стойны внимания преимущества оптических данных этого прибора
и возможность установки боковых артиллерийских упреждений.
Труба снабжена приспособлением, обслуживаемым наблюдателем,
для очистки защитного стекла; остальные принадлежности те же,
что и раньше.
Увеличение 4,5х—20х
Поле зрения 15—3,5°
Диаметр выходного зрачка 9,5—3,5 мм
Приблизительный вес 183 кг
4. Стереотрубы. Стереотруба (рис. 87 и 88) благодаря раз¬
несенному расстоянию между глазами отличается высоко# пла¬
стикой и следовательно повышенной точностью
наблюдения, поэтому она может быть примене¬
на для артиллерийских наблюдений. Пользоваться
трубой можно как с открытого места, так и
из-за прикрытия. Отсчет вертикальных и гори¬
зонтальных углов производится на соответ-
Рис. 87. Рис. 88.
ствующих делительных кругах. В соединении с фотографическим
аппаратом можно производить фотографирование местности в
10-кратном увеличении.
5. Зрительные трубы для наблюдения самолетов и зенит¬
ной стрельбы. Зрительная труба (рис. 89) предназначается для
наблюдения за самолетами днем и ночью и для удобства наблю¬
дения целей под большим углом возвышения имеет наклонный
окуляр. Для грубой наводки труба снабжена вспомогательным
визиром и кроме того имеет приспособление для установки и
отсчета углов по вертикали и горизонту. Отклонения разрывов
снарядов от цели могут учитываться путем отсчетов на сетке.
Труба снабжена ночным освещением и светофильтрами.
Ю За*. 3?30. Справочн. кн. овтясо-кеханика. 145
6. Окопные и казематные перископы сухопутного фронта.
Эти перископы служат для наблюдения из-за прикрытия или из
подземных казематов. Перископ, показанный на рис. 90, имеет
высоту 6 м от земли, но может при различных комбинациях от¬
дельных звеньев иметь различные высоты от 3,9 до 6 м. Благо¬
даря сильному (10х) увеличению он предназначается для наблю¬
дательных постов артиллерии. Перископ может поворачиваться
на 360°, чтд дает возможность обозревать весь горизонт. Отсчет
горизонтальных углов производится по лимбу с делениями, поме-
Рис. 89. Рис. 90.
щенному под окуляром. Путем качания отражательной верхней
призмы линия визирования может переставляться в вертикальной
плоскости на углы dz 20°. .Лри пользовании им на поверхности
земли для большей устойчивости перископ укрепляется соответ¬
ствующими растяжками.
Перископы, приведенные в табл. 14, служат главным образом
для наблюдения из казематов и отличаются только оптическими
данными.
§ 2. Дальномеры
Приборы для измерения расстояний изготовляются двух различ¬
ных систем в связи со способом измерения: 1) как стереоприборы
и 2) как приборы с раздельным полем зрения.
146
Окопные и казематные перископы сухопутного фронта
347
Таблица 14
Приблизительный
вес кг
Штатив
Пери¬
скоп
Ночное
освеще¬
ние
Диаметр
выход¬
ного
зрачка*
мм
Поле зрения
В метрах
на рас¬
стояние
1000 м
В угло¬
вых
мерах
Увели¬
чение
По
верти¬
кали
Обзор
по
гори¬
зонту
Оптическая длина
от объектива до
окуляра
м
Наимень-
1 шая
Наиболь¬
шая
№
по пор.
При бинокулярных стереоприборах (рис. 91) с подвижной
маркой измерение основывается на естественном видении двумя
глазами, причем видимая в поле зрения глубина определяется но
совпадению подвижной марки с объектом, расстояние до которого
измеряется.
При монокулярном дальномере (рис. 92) с рассеченным полем
зрения горизонтальный штрих делит картину на две части и раз¬
резает при этом объект на две половины, которые одна по отно¬
шению к другой кажутся смещенными в сторону. Измерение рас¬
стояния до объекта основано на том, что обе половины его
приводятся в совпадение.
1. Дальномеры для земных целей (рис 92а). В табл. 15 при¬
ведены данные дальномеров с раздельным полем зрения для зем-
148
Рис. 92
Рис. 92а.
Дальномеры с раздельным полем зрения для земных целей
149
Примечания
Приблизительный
| вес
Штатив
Дально-
мер
Диаметр
выход¬
ного
зрачка
Поле зрения
К
«Ö
« н
QJ
2
на рас¬
стояние
1000 м
CQ
угловых
мерах
Окуляр
Увели-
чение
База
.О» О
^ С
пор.
Таблица 15
Очень легкий, для пехоты
Для окопов и танков
С неподвижной шкалой в поле
зрения
Легкий, для пехоты и пуле¬
метов
То же
Для полевой артиллерии
То же
Для тяжелой артиллерии
То же
То же, составной из 3 отдель¬
ных частей
Наименьшие (теоретические) ошибки измерения
150
Примечание. Практическая ошибка может быть от 2 до 3 раз больше теоретической в зависимости от кон¬
струкции дальномеров.
Дальность
ных целей с базой от 0,36 до 4,0 м, а в табл. 16—наименьшие
(теоретические) ошибки измерения этих дальномеров для различ¬
ных дистанций.
2. Дальномеры для воздушных целей. Для воздушных целей
применяются главным образом стереодальномеры, В табл. 17 пе¬
речислены главнейшие дальномеры с базой от 0,36 до 4,0 м,
с указанием оптических данных, а в табл. 18 даны теоретические
точности измерений отдельных дальномеров.
Вид и величина прибора зависят только от требуемых преде¬
лов шкалы дальности и точности измерений. При измерении даль¬
ности воздушных целей очень важно для точности, чтобы дально¬
мерщик был по возможности освобожден от всех побочных
функций (наводка на цель) и таким образом имел возможность
сосредоточиться только на измерении или наблюдении цели, и
чтобы измерение было ему облегчено удобным положением для
всех углов высоты цели.
В соединении с зенитным командным прибором иногда приме¬
няется вместо дальномера высотомер, если вместо расстояния тре¬
буется высота цели, как исходное значение для командного при¬
бора. Способ измерения в обоих приборах одинаков, разница
состоит в различном применении измерительного треугольника.
3. Дальномеры для морских и сухопутных целей с базой
от 4 до 10 Дальномеры с базой от 4 до 10 м (табл. 19)
изготовляются как стереоприборы и как приборы с рассеченным
изображением любой длины базы от 4 до 10 м.
Все приборы этой категории обладают следующими особен¬
ностями:
1) большая нечувствительность к внешним влияниям (темпера¬
тура) и тем самым к расстраиваемости прибора;
2) внутренняя выверка для дневного и ночного употре¬
бления;
3) окуляры с установкой на резкость видения; в стереодально¬
мерах—установка на точное расстояние между глазами
4) сменные светофильтры в револьверной оправе перед окуля¬
рами; перед объективами—кроме (того предохранительные стекла
для защиты от ослепления лучами прожекторов;
5) переставная маска для защиты от ветра и бокового света;
при употреблении газовой маски—особые окуляры;
6) шкала отсчетов расстояний—снаружи;
7) маятниковый высотомер по желанию — на правом конце
дальномера, а в приборах с большой базой—на штативе;
8) ночное освещение в дальномере (питание от аккумуляторов);
9) реостат для регулирования освещения измерительной марки;
10) для приборов с рассеченными изображениями—особое
астигматическое устройство для измерения расстояний до светя¬
щихся точек.
Данные оптических свойств и точность измерений приведены
в табл. 19 и 20.
151
Стереодальномеры
Примечания
Приблизитель¬
ный вес
кг
Ящик
Прибор
Диаметр
выходного
зрачка
мм
При боль¬
ших уве¬
личениях
При малых
увеличе¬
ниях
Поле зрения
При большом
увеличении
В метрах на
расстояние
1000 м
В угловых
мерах
! При малом
увеличении
В метрах на
расстояние
1000 м
В угловых
мерах
Направление оси
окуляра
Увеличение
База м
№ по пор.
152
Таблица 17
Составной из 3 част.
Как высотомер для
зенитных командных
приборов
Наименьшие теоретические ошибки измерения
153
Примечание, На практике могут возникнуть ошибки от 2 до 3 раз больше указанных.
Та б л и ц а 18
Таблица 19
Дальномеры с базой от 4 до 10 м
СП
ds»
Приблизительный
вес
кг
Диаметр выход¬
ного зрачка
мм
Действительный угол зрения
Окуляр
Увеличе¬
ние
База
м
В
тысяч¬
ных ди¬
станциях
В
угловых
мерах
В
тысяч¬
ных ди¬
станциях
В
угловых
мерах
При 18х
При 28х
Рассматриваемые дальномеры предназначаются для всех воз¬
душных применений на больших судах. При употреблении на палу¬
бах они устанавливаются свободно на своих тумбах. Для тяжелой
артиллерии они могут быть установлены в поворотных башнях.
В этом случае дальномер устанавливают таким образом, что на¬
ружу выглядывают только концы его по бокам башни; боковое
направление дается поворотом башни; точная наводка—движением
прибора в пределах отверстия в стенках башни. Эти отверстия
непроницаемы для газов.
Длина базы зависит от требуемой точности измерения для
наибольшей величины шкалы дальностей, за исключением приме¬
нения в башнях, где она определяется шириной башни.
Указания для выбора базы дает табл. 19, где приведены опти¬
ческие данные, связанные с точностью измерений.
Для употребления в броневых перекрытиях, например на
командных постах или в особо защищенных местах для торпедной
стрельбы или среднекалиберной артиллерии, этот род дальномеров
Таблица 20
Наименьшие ошибки измерения при 28-кратном увеличении 1
Примечание. Практически наименьшие ошибки могут увеличи¬
ваться в 3 раза, а при особо неблагоприятных тепловых условиях
и в большее число раз.
1 Наименьшие ошибки, соответствующие увеличению 18х, получатся,
если величины таблицы умножить на 28 или 14, 18 или 9.
2 По желанию шкалы дальности доставляются и в других масштабах.
155
изготовляется по особым заданиям с базой от 2 до 6 м. Для
этой цели окуляры дальномеров отводятся вниз на 1,5 м так, что
собственно измерительный прибор находится снаружи, в данном
случае в защитном от осколков футляре, в то время как окуляры
с измерительными устройствами отведены через горизонтальное
отверстие в броне до головы дальномерщиков.
4. Дальномеры для подводных лодок. К применяемым для
подводных лодок дальномерам предъявляется требование, чтобы
при погружении судна они оставались на палубе и при этом не
страдали от проникновения воды и не подвергались высоким да¬
влениям. С другой стороны, когда лодка выходит на поверхность,
требуется быстрейшая готовность дальномера к работе, так же
как при погружении не должно быть длительной подготовки.
а) В первой категории дальномеров перечисленные выше
условия достигнуты тем, что собственно дальномер монтирован
на башне или палубе в закрытом футляре, защищающем его от
давления, а окуляры через соответствующие втулки-сальники про¬
ведены перпендикулярно вниз в башню или в соответствующую
камеру в лодке, так что измерение всегда может быть произве¬
дено внутри лодки и поэтому также в полупогруженном состоя¬
нии. Для этого предусмотрены дальномеры типа с рассеченным
изображением с базой от 1,6 до 2,5 м\ окуляры могут быть
опущены вниз до 7 м. Наводка по высоте производится враще¬
нием самого дальномера в предохранительном от давления футляре,
чем избегается вывод объективов из наружной трубы-футляра и
таким образом и последующие уплотнения. Предусмотрено при¬
способление для вытирания.
б) Вторая категория дальномеров предназначена только для
употребления на палубе. В этом случае весь прибор, включая
сюда окуляры и измерительные приборы, защищен ящиком, пре¬
дохраняющим от давления воды. Посредством имеющегося
в ящике клапана-крышки, которая одним движением открывается
или закрывается, окуляры и измерительные приборы освобо¬
ждаются для работы или наоборот. Эти дальномеры изготовляются
с базой до 2 м. Во время погружения они остаются на своих
штативах в положении подводного плавания.
в) Дальномеры третьей категории предназначены тоже только
для употребления на палубе и при погружении лодки остаются
на палубе в упаковочном ящике, который непроницаем для воды,
выдерживает давление и при всплывании лодки быстро устанавли¬
вается на штатив. Здесь имеются в виду только легкие дально¬
меры, которые для избежания повреждений при быстром уклады¬
вании в ящики защищены особыми предохранительными „бугелями“.
§ 3. Перископы для подводных лодок
Перископы на подводных лодках в зависимости от их назна¬
чения должны удовлетворять следующим требованиям.
1. Как наблюдательные и навигационные приборы они должны
156
обеспечивать надежное управление погруженной подводной лод¬
кой. Поэтому в этих перископах особое значение имеет большое
поле зрения для наблюдения как по горизонту, так и по вы¬
соте.
2. Как боевой прибор перископ должен оставаться по возмож¬
ности незаметным, чтобы не выдавать неприятелю нападающую
подводную лодку. Кроме того он должен быть снабжен всеми
приспособлениями для определения данных противника, как то:
скорости, курсового угла и дальности.
3. Как ночной прибор перископ должен отвечать требованиям
пп. 1 и 2 и кроме того должен быть особенно светосильным.
Перископы подводных лодок (рис. 93) обычно изготовляются
с нормальным диаметром наружных труб 150 мм и оптической
длинной 7 — 8 м (и до 15 м). При особо длинной трубе стано¬
вится необходимым увеличение диаметра для устранения вибраций.
Верхняя часть перископа, постепенно сужаясь, переходит в форму
так называемой бутылки, в верхней части которой находится
объективная голова. Формы и размеры бутылки различны (рис. 94)—
в зависимости от заданий, которым должен отвечать перископ.
На нижнем конце перископа сидит окулярная часть, которая де¬
лается съемной для введения перископа в свое гнездо.
ГИС. У0.
Рис. 94.
Рис. 95а.
157
Наводка по горизонту производится поворотом всего пери¬
скопа в его гнезде. Вертикальная наводка достигается соответ¬
ствующим наклоном объективной призмы. Окуляры снабжаются
установкой на резкое видение, светофильтрами и наглазниками.
1. Особые приборы для перископов. Каждый перископ
обычно снабжается следующими принадлежностями.
а) Далъномерное приспособление по типу микрометра и оп¬
ределитель курсового угла цели. Включаясь простой рукояткой а
перед окуляром Ь перископа, это приспособление позволяет
в первом случае раздваивать наблюдаемую картину по высоте.
С помощью вертикального перемещения обоих изображений до
соприкосновения измеряется вертикальный угол а известной вы¬
соты И и одновременно получается расстояние D на логарифми¬
ческой круговой шкале Ь' (рис. 95 а).
Для определения курсового угла цели дальномерное приспо¬
собление поворачивается на 90° перед окуляром перископа, при¬
чем оба изображения цели кажутся сдвинутыми по горизонту.
Приводя обе картины путем бокового перемещения в такое по¬
ложение одну по отношению к другой, чтобы их конечные точкр
пришли в соприкосновение, определяют по известной длине цели
горизонтальный угол до наблюдателя и вместе с тем искомый
курсовой угол цели на другой логарифмической круговой
шкале.
б) Механизм неподвижной линии в пространстве, предназна¬
ченный для определения скорости цели. В поле зрения перископа
вводится вертикальный штрих, который от синхронного мотора
гирокомпаса остается неподвижным к обозреваемому в перископ
пространству, несмотря на колебание курса подводной лодки.
По времени, которое нужно, чтобы цель, длина которой известна,
прошла штрих от одного конца до другого, определяется скорость
цели без особых вычислений.1
в) Треугольная лупа — вспомогательный прибор, укрепленный
на окулярной голове перископа, при помощи которого на осно¬
вании измеренного или определенного на-глаз курсового угла
цели и скорости цели устанавливают необходимый для торпедной
стрельбы угол упреждения (рис. 95 б). Треугольная лупа укре¬
плена таким образом, что наблюдатель, смотря своим левым глазом,
может выполнить ее установку и получить угол упреждения.
г) Зрительная система с делительным кругом для отсчета
углов Поворота перископа по отношению к оси лодки. Для того
чтобы для отсчета этих углов наблюдатель не покидал окуляра и
тем самым своей цели, часть шкалы делительного круга изобра¬
жается посредством специальной оптической системы в верхней
части поля зрения перископа, так что наблюдатель во всякое
1 Вычисленная скорость движения цели не зависит от курсового угла
цели; при определении же эюй скорости необходимо учесть курсовой
угол подводной лодки и скорость последней.
158
время точно может учитывать направление цели по отношению
к оси лодки. На делительном круге предусмотрен еще передвиж¬
ной указатель для установки угла упреждения при торпедной
стрельбе.
д) Фотокамера для перископа, позволяющая даже с погру¬
женной лодки закрепить снимками (документировать) некоторые
важнейшие картины или моменты боя (рис. 95 в).
2. Оптические данные перископов. Для перископов с узкой
верхней частью (бутылкой) и длиной не менее 7 м применяется
оптика, имеющая три оборачивающие системы линз: две из них
помещаются в узкой и конической части перископа, а одна, со¬
стоящая из линз с большим фокусным расстоянием, — в основной
трубе перископа.
Рис. 956.
Рис. 95в.
Для удобства работы перископу придают возможно большее
поле зрения (40—50° и до 63°), причем увеличение рассчитано
так, чтобы при наблюдении через перископ предметы казались
в натуральную величину. Практика показала, что это получается
при увеличении от 1,2х до 1,5х. Для возможности лучшего
рассматривания деталей перископ имеет еще второе, в несколько
раз большее увеличение (около 5Х).
Качание зеркала и передвижение линзы для перемены увели¬
чения осуществляются тросами, перекинутыми через блоки и вра¬
щаемыми от рукояток в окулярной голове перископа.
Кроме основного окуляра перископ снабжен дополнительным
окуляром с дальномерным приспособлением, состоящим из разре¬
занных пополам линз — положительной и отрицательной, — кото¬
рые при своем передвижении раздвигают изображение на две
половинки.
Оптическая система зенитного перископа отличается только
устройством верхней головы. В этом перископе направление ви¬
зирного луча в пределах от горизонта до зенита дается качанием
159
специальной призмы „куб“, состоящей из двух прямоугольных
призм, сложенных посеребренными гипотенузными сторонами, и
позволяющей при малых размерах пропустить широкие пучки
света при визировании в зенит.
В целях уменьшения габа¬
рита головы часто применяется,
вместо плоскопараллельного за¬
щитного стекла (в данном слу¬
чае устанавливаемого под углом
в 45° к оси перископа), шаро¬
вое стекло, работающее как
отрицательная линза и вызы¬
вающее* необходимость введе¬
ния в систему еще компенси¬
рующей положительной линзы,
поворачивающейся на угол
вдвое больший, чем поворот
призмы „куб“.
В табл. 21 приведены основ¬
ные размеры и оптические дан¬
ные основных перископов под¬
водных лодок.
3. Подъемные приспосо¬
бления перископов. Перископы
по мере надобности должны
опускаться и подниматься. Для
этой цели служат подъемные
приспособления. Так как тре¬
бования, которые предъявля¬
ются к этим приспособлениям,
очень разнообразны, то суще¬
ствует несколько типов подъ¬
емных устройств.
а) Простейший вид подъ¬
емного устройства (рис. 96) —
при котором перископ верти¬
кально скользит вверх и вниз
в гнезде. В его верхнем конеч¬
ном положении окуляр нахо¬
дится на высоте глаза наблю¬
дателя, в нижнем конечном по¬
ложении он совсем введен в
шахту. Подъем и спуск произ¬
водятся силой электромотора,
который действует с помощью
канатов и системы блоков. При
этой конструкции подъемного
механизма перископ может быть
Рис. 96.
160
11 Зак* 3730« Справочн. кн. оптико-механика.
161
Рис« 97.
Рис. 98.
Т а б л и
Перископы для
Диаметр мм
Нормальная
оптическая
длина
м
№ по пор.
Назначение
прибора
Верхняя
часть пери¬
скопа
Наружная
труба
Увеличение
1
Наблюдательные и
навигационные
перископы . . .
60 или 65
150
7
1,5х и 6х
2
Боевые перископы
31
150
7
1,5х и 6х
3
Ночные перископы
80
150
5
1,5х и 6х
использован только в его наивысшем конечном положении, так
как наблюдатель, наклоняясь, очень мало может изменить свое
положение по высоте.
б) В системе винтового подъема (рис. 97) движение перископа
производится взаимным передвижением трех аксиально к перископу
установленных винтовых труб, которые входят друг в друга. Вну¬
тренний винт намертво соединен с перископом, а наружный,
с обратной резьбой, соединен с неподвижной защитной трубой.
Между обоими винтами находится тубус с соответствующей вин¬
товой резьбой на наружной и внутренней сторонах. Если этот
средний винтовой тубус приводится в движение силой мотора
через червячную передачу, то этим он одновременно движется
в вертикальном направлении по отношению к наружной неподвиж¬
ной винтовой трубе. В тубусе в свою очередь движется внутренний
винт, соединенный с перископом, и таким образом передвигает
последний вверх или вниз.
Это подъемное приспособление может быть расположено как
над окуляром перископа, так и под ним, в зависимости от дели
применения и желаемой высоты подъема.
в) В Англии до сего времени для подъемного устройства
пользуются гидравлическими приспособлениями. Одно из таких
приспособлений показано на рис. 98. Подъем и опускание пери¬
скопа осуществляются двумя поршнями 2, штоки которых закре¬
плены на бугеле 3 перископа 1. Поршни 2 ходят в двух цилин¬
драх, составляющих одно целое с тумбой перископа 4. Внутрь
лодки выпущены сальники 5 на нггоках поршней и сальник пери¬
скопа 6. В корпусе лодки расположены два воздушные 7 и два
гидравлические 8 баллона. Переключением четырехходового крана 9
жидкость из баллона 8 под давлением воздуха из баллона 7 по¬
дается в цилиндр 4 по одну и »и другую сторону поршней 2, которые
при помощи штоков поднимают или опускают бугель 3 перископа.
162
ц а 21
подводных лодок
Поле зрения по горизонту
Пределы угла
возвышения
Диа¬
метр
выход¬
ного
зрачка
мм
Вес при
7-ме¬
тровой
оптиче¬
ской
длине
кг
В угловых мерах при
увеличении:
В тысячных ди¬
станции при уве¬
личении
1,5х
6Х
1.5х
6Х
От 0° до 90°
302
40°
10°
728
175
или от—10° до
4
или
+ 20°
295
О
О
10°
728
175
От—10° до—20°
4
293
40°
10°
728
175
От 0° до 90°
7
236
§ 4. Прицельные устройства
Л. Прямая наводка
1. Прицельные зрительные трубы. Для тяжелых и среднего
калибра орудий, а также для большинства легких горизон¬
тальная и вертикальная наводки из-за трудности поворота орудия
делаются раздельными. Это обусловливает и раздельные средства
наводки.
В соединении с двойными средствами наводки применяются
и парные прицельные устройства по обеим сторонам орудия,
чтобы при выходе из строя одного иметь необходимый резерв.
При этом в большинстве случаев из-за отсутствия достаточного
места необходимо для одной из пары зрительных труб, а именно
той, которая служит для наводки по высоте, предусмотреть и го¬
ризонтальную наводку. При конструировании прицельных зритель¬
ных труб делается принципиальная разница между трубами,
предназначенными только для стрельбы по морским и наземным
целям, и теми, которые служат для борьбы с воздушным против¬
ником. Прицельные зрительные трубы для воздушных целей
имеют неподвижный окуляр и передвижную по высоте объ¬
ективную часть, так что положение наводчика всегда остается
постоянным.
Для стрельбы по морским целям применяются следующие при¬
цельные трубы.
а) Панкратическая прямая зрительная труба (рис. 99),
зарекомендовавшая себя как труба для прямого визирования, кото¬
рая соединяет преимущества наибольшей простоты с очень боль¬
шой областью применения. Эта труба имеет установку для резкого
видения, перемеиные светофильтры, двойной предохранительный
наглазник и naiрубок для объектива, как защиту от брызг. Пре-
111- 163
дусмотрены: укрепление в зажимных цапфах прицела орудия
с предупреждением от поворачивания с помощью шпонки-клина.
Увеличение 4х—20х
Поле зрения 12,5—2,5°
Диаметр выходного зрачка 11—2,2 мм
Приблизительный вес 5—6 кг
б) Панкратическая прицельная зрительная труба с боковым
окуляром (рис. 100). Окуляр, при одинаковой конструкции этой
трубы с трубой рис. 99, повернут на 100,° чем достигается воз-
Рис. 99. Рис. 100.
можность и при тесноте у орудия работы с одной стороны двух
наводчиков. Узкие пределы увеличения обусловливаются меньшим
размером трубы.
Увеличение • . • . . • 6Г5Х—20х
Поле зрения 7,7—2,5°
Диаметр выходного зрачка ..... 6,8—2,2 им.
Приблизительный вес 6 кг
В прицельных зрительных трубах для воздушных целей разли¬
чают такие, в которых установка необходимых упреждений произ¬
водится в самой зрительной трубе посредством соответствующей
перестановки оптики, и такие, в которых упреждения устанавли¬
ваются на прицеле.
Рис. 101. Рис. 102.
в) Панкратическая колончатая прицельная труба (рис. 101).
В этом приборе, при неподвижном окуляре, упреждения вводятся
через соответствующие отклонения визирной оси. Величина этих
отклонений: по высоте—в пределах от—60° до-}-94°, по гори¬
зонту—до 16° влево и 16° вправо.
Увеличение 2,5х—7,5х
Поле зрения 20—6,7°
Диаметр выходного зрачка 8—2,65 мм
Приблизительный вес 12,5 кг
164
г) Прицельная труба для воздушных целей (рис. 102). В этой
трубе неизменное положение наводчика дается боковым расположе¬
нием окуляра, в противоположность чему объектив поворачи¬
вается при установке по высоте. Упреждения в рассматриваемой
и последующих трубах устанавливаются на приделе. В этих трубах
Рис. 103.
не предусмотрено выпрямление изображения, которое опрокиды¬
вается на угол вертикальной наводки.
Увеличение 6*
Поле зрения 8,5°
Диаметр выходного зрачка 5 мм
Приблизительный вес 2,2 кг
д) Прицельная труба для воздушных < целей с боковым окуля¬
ром (рис. 103) — дальнейшее усовершенствование трубы рис. 102.
В этой конструкции поворот изображения устраняется введением
выпрямляющей призмы Дове, и кроме того предусмотрена^ уста¬
новка окуляра на резкое видение.
Рис. 104. Рис. 105.
е) Прицельная труба для воздушных целей на пулеметахг
(рис. 104), предназначаемая главным образом для мелкокалиберной
артиллерии, для автоматических пушек и пулеметов. Она предста¬
вляет маленький зенитный командный прибор простой формы,
который, после введения установленной на-глаз скорости полета
самолета и установленного на-глаз или измеренного расстояния
цели, вырабатывает необходимые упреждения по высоте и горизонту,
165
причем эти упреждения одновременно переносятся в прицельную
зрительную трубу, .так что наводчик только должен постоянно
держать цель на центре крестовины. Зрительная труба имеет оку¬
ляр, наклоненный под углом 45° к горизонту.
Увеличение 1,5х
Поле зрения . . Гу 38°
Диаметр выходного зрачка . . ' 5 мм
Приблизительный вес 6,9 кг
ж) Прицельная труба для воздушных целей (рис. 105), пред¬
назначенная главным образом для пулеметов. Она представляет
Рис. 106.
Рис. 107.
оптическое решение проблемы кольцевой мушки. При исчислении
упреждений в основном взяты средние данные скорости цели,
расстояния цели и угла возвышения цели. Эти упреждения кажутся
отрезками на эллипсе в поле зрения, так что наводчик, принимая во
внимание курс цели, тотчас же усматривает необходимое упрежде¬
ние и вместе с тем правильную точку наводки. Окуляр зрительной
трубы наклонен на угол 70° к горизонту.
Увеличение • 2х
Поле зрения 35°
Диаметр выходного зрачка 5 мм
Приблизительный вес Г,1 кг
2. Панорама, а) Панорама артиллерийская (рис. 106), предназ¬
начаемая в основном для обслуживания горизонтальной наводки
166
и являющаяся угломерным прибором. Оптические данные: увели¬
чение— 4х; поле зрения — 10°; выходной зрачок—4 мм. Отсчеты
по горизонту производятся по делительному кругу и барабанчику,
причем 1 деление на барабанчике равно 1/1000 окружности, а на
Рис. 108.
корпусе панорамы 1 деление равно 100/60оо окружности. Качание
головной отражательной призмы дает возможность качать визирную
линию в вертикальной плоскости в пределах ±зш/6000 окружности
с отсчетом на барабане в !/бооо окружности.
б) Панорама меньшего размера, имеющая поворотный наклон¬
ный (угол 20°) окуляр для возможности визировать назад. Опти¬
ческие данные: увеличение — 3,3х; поле
зрения— 12°.
в) Панорама для танков (рис. 107).
Устанавливается в башне вертикально, при¬
чем голова панорамы проходит через
крышу. Устройство головы таково, что она
легко отлетает при ударе, так как сидит
на корпусе панорамы на пружинном за¬
творе.
г) Прицельная трубка для винтовки
(рис. 108).Оптические данные: увеличение—
4х; поле зрения — 6°. Одним движением
трубка может быть надета и снята. Уста¬
новка угла прицеливания по дальности
производится передвижением прицельной
марки по высоте по особой шкале на ба¬
рабанчике.
3. Приборы для направления огня
артиллерии. К этим приборам относятся
артиллерийские буссоли, буссоли-засечни-
кщ планшеты и построительные тре¬
угольники, которые дают необходимые
данные для быстрого открытия огня и продуктивного прове¬
дения стрельбы. Главным при этом является точное определение
167
Рис. 109.
нахождения цели но отношению к батарее, а при подвижных це¬
лях— определение движения цели по направлению и скорости.
На рис. 109 показана универсальная буссоль, которая может
устанавливаться на треножнике и на подставке для работы на
планшете. Она имеет также перископическую надставку для работы
из-за ограждения.
Данные наиболее распространенных типов буссолей приведены
в табл. 22.
Таблица 22
Наиболее распространенные типы буссолей
Тип прибора
Монокуляр¬
ное увели¬
чение
Поле
зрения
Диаметр
выходного
зрачк а мм
Наводка в верти¬
кальном поло¬
жении
Артиллерий¬
ская буссоль с мо¬
нокуляром . . .
4х
12%°
5
от — 20° до + 60°
Универсаль¬
ная буссоль с пе-
рископич еской
надставкой . . .
4Х
1272°
5
от — 25° до +60°
Б« Непрямая наводка
1. Приборы центральной наводки. Непрямая наводка имеет
целью производить непрерывную и точную наводку всех орудий
или от одного центрального поста или в любом пункте, но
в последнем случае лишь по горизонтали и углу возвышения.
Приборами центральной наводки служат зрительные трубы-указа¬
тели наводки, которые в соединении с дающими приборами пере¬
дают орудиям непрерывно и без замедления направления с необ¬
ходимыми корректурами. Эта передача производится с помощью
электрических приспособлений, двигающих синхронную стрелку-
указатель, так что на орудиях требуется только совмещать стрелку
наводки орудия со стрелкой принимающего прибора, для тога
чтобы орудия были постоянно правильно наведены.
Все зрительные трубы в одинаковой, мере годны как для
свободной установки на палубе судна, на мостиках, марсах и т. д.,
так и для применения в бронированных башнях. В последнем
случае для прохода через крышку башни должно быть преду¬
смотрено защищенное от проникновения газов отверстие. Ниже
охарактеризованы некоторые из главнейших конструкций указа¬
телей наводки.
а) Указатель наводки — зрительная визирная труба (рис. 110).
В первоначальной своей форме этот прибор предназначается*
только для передачи наводки по горизонтали, однако установку
168
угла высоты можно прочитывать на приборе. Зрительные трубы
для командира и горизонтального наводчика имеют непрерывное
(панкратическое) изменение увеличений в пределах от 5х до 15х.
Зрительная труба командира — бинокулярная, а для наводчика —
монокулярная; в первой устроена еще особая вводная система
линз, при включении которой труба может быть применена как:
искатель с малым увеличением и большим полем зрения. Уста¬
новка угла по высоте возможна в пределах zt 15°; та же зри-
Рис. 110. Рис. 111.
тельная труба, может быть изготовлена с дающим по высоте
прибором для установки углов возвышения.
Зрительная труба Искатель Зрительная труба гори-
командира командира зонтального наводчика
Увеличение . 5х—15х Iх—3х 5х—15х
Поле зрения . 10 —3,3° 40 —17° 10 —3,3°
Диаметр выход¬
ного зрачка . 9—3 мм 9—3 мм 7,26—2,4 мм
б) Того же типа труба (рис. 111), предназначаемая тоже
только для передачи горизонтальной наводки. Она по своей
конструкции короче и толще, чем труба рис. 110, и не имеет
панкратического переменного увеличения. Зрительная труба
командира — бинокулярная, а горизонтального наводчика — моноку¬
лярная. Установка угла по высоте — в пределах ± 15°. Эта же
зрительная труба изготовляется также с удлиненной на 35 см
оптической осью, для того чтобы повысить объективную часть;
в остальном труба остается без перемен.
169;
Зрительная труба Зрительная труба гори-
командира -онтального наводчика
Увеличение 8х 6х
Поле зрения .... 8,7° 11,5°
Диаметр выходного
зрачка 7,5 мм 8,3 мм
Приблизительный вес 35 'г
в) Того же типа труба (рис. 112), обладающая в сравнении
с трубой рис, 111 повышенными оптическими данными (увеличе¬
ние 10х), но в общем предназначаемая лишь ;тля передали гори¬
зонтальной наводки, в то время как наводка по высоте отсчи¬
тывается только на приборе. Труба командира — бинокулярная,
труба горизонтального наводчика — монокулярная; пределы на¬
водки по высоте сильно увеличены, а именно от—20° до -|- 50°.
Эта труба предназначается так же, как прибор для наводки при
минной стрельбе, и в случае надобности может быть поставлена
(другая модификация) на вращающейся платформе, на которой
возможна установка приборов для боковых упреждений (при
торпедной стрельбе). Для установки в башне рассматриваемая
труба изготовляется с увеличенной оптической длиной и уплот¬
няющим кольцом для крыши башни.
Зрительная труба Зрительная труба гори-
командира зонтального наводчика
Увеличение .... 10х 10х
Поле зрения .... 7° 7°
Диаметр выходного
зрачка ..... 7 мм 7 мм
Приблизительный вес 70 кг
г) Того же типа труба (рис. 113)—усовершенствование
трубы рис. 112, — служащая для передачи горизонтальной на¬
водки и угла возвышения. Здесь для облегчения работы коман¬
дира предусмотрен еще и наводчик по высоте, для которого
устраивается сбоку слева дополнительная зрительная труба.
Благодаря этому командир освобождается от личного обслужи¬
вания прибора и может все внимание сосредоточить на стрельбе
и наблюдении. Для командира — бинокулярная зрительная труба,
для наводчиков — монокулярная. Установка углов возвышения —
в пределах ± 15°. Рассматриваемый прибой также может быть
изготовлен с удлиненной на 35 см оптической осью.
Зрительная труба Зрительные трубы гори-
командира зонтальных и вертикаль¬
ных наводчиков
Увеличение 8х
Поле зрения .... 8,7 мм 11,5 мм
Диаметр выходного
зрачка 7,5 мм 8,3 мм
Приблизительный вес 63 кг
170
2. Юстировочные и контрольные приборы. Подобно тому
как при прямой наводке прицельные зрительные трубы должны
быть согласойаны с орудиями, при непрямой наводке должно
быть согласовано направление стволов орудий посредством связи
прибора центральной наводки со зрительными трубами соответ¬
ствующего прибора (указателя наводки). Согласование целесо¬
образнее всего производить с помощью фотоюстировочных при¬
боров. Эти приборы представляют собой маленькие фотографи¬
ческие камеры с фокусным расстоянием 7,5 см и величиной
снимков 6 X 4,5 см. Они прикрепляются посредством промежу¬
точного кольца как к окулярам предварительно выверенных при¬
цельных труб, так и к окулярам визирных труб приборов цен-
Рис. 112.
Рис. 113.
тральной наводки. Выключение их производится с помощью электри¬
ческого приспособления, как только прибор наводки найдет соот¬
ветствующую удаленную цель. Отклонение выбранной в качестве
объекта цели точки от крестовины (центра пластинки) по высоте
или по горизонтали служит мерой возможных котировочных
ошибок данного орудия.
При непрямой наводке и наличии механизма с электрическими
(дающими) приборами большое значение имеет точность уста¬
новки, именно, чтобы обе стрелки на принимающих приборах
(стрелка прибора и стрелка орудия) все время были в точном
совпадении, особенно в момент выстрела. Для испытания этого
и для определения возможных ошибок служит фотоюстировочная
камера 6X9 см. Эта камера, прикрепляемая перед циферблатом
испытуемого принимающего прибора, фиксирует изображение дан¬
ного циферблата и положение обеих стрелок по отношению друг
к другу в момент выстрела. Таким путем объективно устанавли¬
вается ошибочность установки^
171
В. Приборы для вооружения самолетов
а) Прицелы для стрельбы из пулеметов, неподвижно уста¬
новленных на корпусе или крыльях самолета. Наводка на цель
в этом случае производится самим самолетом. Прицел этого типа
представляет прямую зрительную трубу с удаленным выходным
зрачком (100—120 мм) диаметром не менее 20 мм. Увеличение
трубы—от 1хдо 11/2х* В поле зрения трубы имеется сетка с на¬
несенными на ней концентрическими кругами, характеризующими
скорость неприятельского самолета. При стрельбе из пулемета
через винт спусковой механизм связывается синхронно с враще¬
нием винта.
Если прицел служит для стрельбы из пулемета, установлен¬
ного на турели, то в нем должны иметься приспособления для
учета собственной скорости и курса полета самолета.
б) Прицелы для бомбометания с самолетов. Большинства
ранее применявшихся прицелов было рассчитано на бомбометание
в плоскости ветра, когда угол бокового сноса равен нулю и
линия разрывов совпадает с проекцией пути самолета на поверх¬
ность земли. К таким прицелам относится прицел, изготовляемый
фирмой Герц, F L 110. Он служит для бомбометания в пло¬
скости ветра и кроме того для определения путевой (земной)
скорости самолета и облегчает ведение самолета на боевом
курсе путем применения прибора курсодержателя, связывающего
наблюдателя с летчиком. Для достижения наибольшей точности
бомбометания в конструкцию прицела входит приспособление
„неподвижной вертикали“, которое исключает влияние колебания
самолета на точность бомбометания.
В целях упрощения расчета для установки угла прицели¬
вания (сбрасывание бомбы) прицелы этого типа снабжаются
особыми роликовыми таблицами. В настоящее время применяются
прицелы, которые позволяют производить бомбометание при лю¬
бом направлении ветра с подходом самолета к цели с любой
стороны. Сюда относятся прицелы типа Герц-Байков. Сущность
работы летнаба с этим прицелом заключается в следующем.
1. На прицеле устанавливаются время падения бомбы, угол
отставания и величина базы. Величина базы выбирается в зави¬
симости от желаемого времени между двумя визированиями.
При этом прицел дает определенный угол визирования, называе¬
мый углом предварительного визирования.
2. В момент прихода цели на этот угол включается часовой
механизм. При работе часового механизма призма вращается и
изменяет углы визирования. Механизм сконструирован так, что
скольжение луча визирования по земной поверхности носит за¬
медленный характер. Поэтому вначале скорость скольжения ви¬
зирного луча больше путевой скорости самолета, и цель уходит
из пузырька уровня в поле зрения прицела. Затем скорость
луча визирования становится меньше путевой скорости самолета,
172
цель догоняет луч визирования и снова приходит в пузырек
уровня.
3. В этот момент следует бросить бомбу, так как закон авто¬
матики прицела таков, что после второго визирования цель придет
на установленный на прицеле угол отставания через время, которое
установлено на прицеле до предварительного визирования.
в) Приборы для корректирования артиллерийской стрельбы
с самолетов. Основа устройства корректировщиков состоит в про¬
ектировании с самолета на местность координатной сетки, в цен¬
тре которой находится цель, а место разрывов снарядов оцени¬
вается или прямоугольными или полярными координатами.
Корректировщик фирмы Цейсс представляет зрительную трубу
с панкратическим увеличением, в поле зрения которой вводится
раккурсное изображение прямоугольной сетки. Панкратика служит
для изменения масштаба сетки в зависимости от высоты полета
самолета.
§ 5. Приборы управления артиллерийским огнем
Под этими приборами нужно понимать все вспомогательные
приборы для артиллерийской стрельбы, применяемые преимуще¬
ственно на кораблях и имеющие назначение предоставить управ¬
ляющему стрельбой требуемые
данные для быстрого открытия и
плодотворного проведения стрель¬
бы. В первую очередь необхо¬
димо возможно точное определе¬
ние движения противника, именно:
направление и скорость (данные
противника).
а) Угломер курса цели 1
(рис. 114) служит для определения
угла курса цели противника. Зна¬
ние этого угла важно, так как
дает возможность вывести с его
помощью изменения в расстоя¬
нии и определить характер этих изменений. Прибором измеряется
горизонтальный угол, получаемый от двух концов корабля до на¬
блюдателя, и из этого угла автоматически получается, в связи
с длиной корабля и расстоянием цели, курсовой угол цели. Ра¬
бота с рассматриваемым прибором предполагает следовательно
знание длины и расстояния неприятельского судна. В поле зрения
визирной трубы появляется двойное приставленное одно к дру¬
гому изображение измеряемого объекта. Метод измерения основы¬
1 Под курсовым углом цели в артиллерийской стрельбе понимается
тот угол, который образует направление движения противника с перпен¬
дикуляром к визирной линии. Следовательно при курсе противника, пер¬
пендикулярном к визирной линии, он равен нулю.
173
Рис. 114.
вается на приведении до касания обращенных друг к другу кон¬
цов обоих изображений цели (например корма корабля и нос).
После установки на счетном диске величины измеренного расстоя¬
ния до цели и величины (длины) цели может быть отсчитан кур¬
совой угол по тому же отсчетному диску.
Визирная труба прибора имеет три увеличения (12х, 20х>
25х), что дается тремя окулярами, заключенными в револьверную
оправу, заранее установленными на резкость видения. Имеется
приспособление для смены, светофильтров.
Угломер-курсомер употребляется подобным же образом для
определения упрежденного угла при минной стрельбе.
б) Прибор для определения изменения расстояний (рис. 115),
имеющий целью непрерывно получать из текущих определений
Рис. 115. Рис. 116.
изменения дальности расстояний за единицу времени. Это опреде¬
ление производится графическим способом. Определенные таким
путем расстояния передаются электрическим способом в прибор,
где их значения отображаются видимыми точками на движущейся
бумажной ленте. Полученный путь точек служит масштабом из¬
менения величины расстояний в единицу времени, которое (после
установления группы линий параллельно или тангенциально к пути
начерченных рядов точек) отмечается в приборе и может быть
одновременно передано электрическим способом в другое место.
в^ Прибор для определения изменения боковых отклонений
(рис. 116), определяющий линейное отклонение по горизонтали
в единицу времени посредством графического построения (изме¬
нение расстояния в м\сек). Механизм по своей конструкции очень
похож на описанный выше прибор для тех же целей. Входные
данные его: кроме собственного курса корабля и направления на
цель, расстояние цели; эти данные воспроизводятся как произве¬
дение обоих. Линейное отклонение по горизонтали в данный мо-
174
мент и его дальнейшее течение изображаются здесь также видимым
рядом точек на движущейся ленте (как и в предыдущем приборе).
После соответственной установки группа линий (наводки измене¬
ний расстояний) может быть
отсчитана по шкале и в случае
надобности передана в другое
место электрическим (дающим)
прибором.
г) Построитель пути (рис.
117). Задачей этого прибора
является определение по двум
прямоугольным координатам
(по величине и направлению
результирующей) пути цели.
В рассматриваемом случае это
получается из данных обоих
приборов рис. 115 и 116. Пу¬
тем введения этих двух вели¬
чин на матовом стекле прибора
получается светящаяся точка,
которая направляется так, что
ее расстояние от центра стекла дает величину результирующей,
а ее передвижение по отношению к радиальным делениям — ре¬
зультирующее направление (курс противника).
д) Целеуказатель и указатель пути (рис. 118) — прибор,
представляющий соединение в одной конструкции следующих трех
механизмов: 1) прибора рис. 115, 2) прибора рис. 116 и 3) по¬
строителя пути (рис. 117).
Рис. 117.
Рис. 118.
Прибор применяется для: 1) определения среднего дальномер-
ного расстояния из различных полученных от дальномеров дан¬
ных; 2) определения характера изменения дальности с целью на¬
хождения общих линейных отклонений по горизонту; 3) опреде¬
175
ления маневрирования противника (скорости и курса) из прямо¬
угольных компонентов; движение собственного судна исключается.
Сравнительно с прибором рис. 115 рассматриваемая конструк¬
ция усовершенствована в том смысле, что она приспособлена
к четырем дальномерам и кроме того имеет приспособление, по¬
зволяющее данные, полученные (при помощи электрической связи)
ют четырех дальномеров, автоматически превращать в среднее
дальномерное расстояние. Способ определения изменений расстоя¬
ний— тот же, что и в приборе рис. 115; полученный результат,
как один из прямоугольных компонентов, передается во второй
тфибор (построитель пути).
Прибор рис. 118 определяет аналогичным образом (как и при¬
бор рис. 115) линейное изменение горизонтальных уклонений
(в м\сек.) и передает его как второй компонент в прибор
рис. 117 — построитель пути. Построитель пути в этом случае
состоит из двух отдельных построителей, из коих первый разла¬
гает величину собственного движения судна на два прямоугольных
компонента вдоль направления цели; эти величины потом
вычитаются геометрически из компонента общего перемещения цели.
Таким образом получается движение только самой цели, ко¬
торое во втором построении пути превращается в скорость и
направление движения цели по отношению к визирной линии.
176
Рис. 119.
§ 6. Зенитные командные приборы
Стрельба по воздушным целям значительно сложнее стрельбы
по морским целям. Главные причины этого: 1) необходимость
введения третьего измерения, именно изменчивости высоты полета,
вследствие чего становится необходимым упреждение по высоте;
2) большая скорость и чрезвычайно повышенная способность
маневрирования воздушной цели, что требует очень больших и
сильно изменяющихся упреждений; 3) сильно изменяющиеся бал¬
листические данные, вызы¬
ваемые быстрым изменением
'боковых направлений, даль¬
ности и высоты цели. На
судне стрельба по воздуш¬
ным целям усложняется еще
из-за преднамеренных и слу¬
чайных движений корабля.
Поэтому действительно
надежная борьба против воз¬
душных целей возможна
только при помощи зенит¬
ного командного прибора,
который при введении в
него специальных счетных
приспособлений автоматиче¬
ски подсчитывает артил¬
лерийские величины для
стрельбы орудий, получая
(в прибор) дальность или
высоту цели, курс и ско¬
рость. Подобные командные
зенитные приборы изгото¬
вляются в настоящее время
фирмами: Сперри — в Аме¬
рике, Цейсс, Виккерс, Барр и Струд — в Европе. На рис. 119 и 120
приведен один из таких приборов, изготовленный фирмой Цейсс
(Берког 4 В).
Этот прибор удовлетворяет перечисленным выше требованиям
в самом широком масштабе. Посредством установленного на па¬
лубе стабилизованного указателя направления и высоты и посред¬
ством стереодальномера входные величины (горизонтальная на¬
водка, угол высоты и измеренное расстояние до цели) непрерывно
передаются помощью электрической передачи на установленный
под палубой в защищенном месте счетный прибор. Из этих дан- \
ных прибор высчитывает, принимая во внимание движение воз¬
душной цели по отношению к кораблю и необходимые баллисти¬
ческие корректуры, требуемые данные для наводки орудия и для
установки трубки (взрыватель). Процесс вычисления перенесен
12 Зак. 3730. Справочн. кн. оптико-механика. 177
Рис. 120.
на горизонтальную плоскость карты. Способ вычисления основав
на линейном построении, причем в основу приняты движения ко¬
рабля и цели.
С указанными входными данными прибор высчитывает данные
стрельбы для заданной наперед точки попадания, которые в виде
общего угла возвышения, боковой наводки и времени горения
Рис. 121.
трубки-запала (первые два через координатный построитель пути)
непрерывно передаются через электрический передатчик на орудия
и на приспособление для установки трубки. Поэтому орудие по¬
стоянно готово к стрельбе. Все необходимые корректуры балли¬
стического и кинетического характера могут быть введены в при¬
бор и таким образом автоматически принимаются во внимание-
Кроме данных для стрельбы непрямой наводки, Берког 4В
одновременно определяет также данные для прямой наводки, как
то: упреждения по высоте и по горизонту и время горения^
трубки-запала. Таким образом при
возникновении помех стрельба
может продолжаться. Без указан¬
ных оснований стрельба по воз¬
душной цели прямым огнем с
борта корабля совершенно невоз¬
можна, jraK как здесь, кроме по¬
лученных посредством дальномера
расстояний до цели и высоты це¬
ли, не могут быть даны никакие
надежные основы для исчисления
необходимых упреждений. Опре¬
деленная на-глаз быстрота цели и
курс полета—единственные осно¬
вы, из которых управляющий
огнем может извлечь с^ои данные
стрельбы в соединении с данными высоты и расстояния цели.
О прицельных зрительных трубах для обстреливания самоле¬
тов— см. § 4, А, 1; об измерительных приборах расстояния —
см. § 2, 2.
§ 7. Приборы связи
1. Прожекторы. Прожекторы являются приборами, предназна¬
ченными для отыскивания и освещения дели (см. гл. XIII).
Для взаимного двустороннего оптического обмена сигналами
между судами, а также преимущественно между судами и самоле¬
тами изготовляются оптические телеграфные приборы для само¬
летов (рис. 121). Это очень легкие ручные приборы Морзе с зер¬
калами (диаметром от 200 мм) для ночного и дневного примене¬
ния, питаемые током от аккумуляторных батарей, так что их
можно брать на самые маленькие передвижные установки и само¬
леты.
Таблица 23
Гелиографы
Диаметр
главного
зеркала
мм
Диаметр
вспомога¬
тельного
зеркала
мм
Даль¬
ность
связи
км
Рассе¬
яние
Наводка
В
е с
кг
Прибор
Тренога
60
80
25
va°
Диоптр.
1,8
4,0т-6,6
80
100
45
1/2°
Диоптр.
3,4
4,0—6,6
80
100
45
V«°
Диоптр.
4,9
5,75
155
185
90
Зрит, труба
4,7
4,0-6,6
155
185
90
v2°
Зрит, труба
6,2
5,75
250
290
150
v«°
Зрит, труба
11,3
5,2-6,7
12*
Рис. 123.
Оптические судовые телеграфные приборы (рис. 122)—легкие
ручные сигнальные приборы для обмена сигналами Морзе между
судами всех родов, которые могут быть включены непосредственно
в судовую сеть электрической проводки; зеркала этих приборов
имеют диаметр в 100 мм.
2. Гелиографы. Гелиографы представляют собой светосигналь¬
ные зеркальные приборы для связи, использующие отражение
солнечных лучей (рис. 123). Данные этих приборов приведены
в табл. 23.
3. Оптический телефон* Действие оптического телефона за¬
ключается в следующем (рис.-124). Свет от лампы 5 через кон¬
денсор /С, призмы рх и р2 и объектив О идет к приемной стан¬
ции, где находится такой же прибор. Изображение нити лампы
получается на грани призмы рх (ab), к которой прижимается ма¬
ленькая призмочка р3, связанная с мембраной микрофона М. При
вибрациях мембраны нажатие призмы делается переменным, а в за¬
висимости от этого оптический контакт между поверхностями
призм то усиливается, то ослабляется и количество света, прохо¬
дящее через эти плоскости, также то усиливается, то ослабляется.
Уже колеблющийся jno силе поток света идет в объектив О и
параллельным пучком передается на другую станцию. При приеме
излучений призмочка р3 прижата к призме р2, и выбрирующий по¬
ток света непосредственно падает на фотоэлемент, который преоб¬
разовывает световые колебания в электрические, действующие
путем усилительной лампы на телефонную трубку.
Рис. 124.
Глава V
ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ
(приборы топографической съемки,
приборы полевой геометрии)
§ 1. Общий обзор и классификация
Назначение геодезических приборов вытекает из задачи геоде¬
зии: определить при помощи измерений взаимное расположение
точек, которые лежат или на видимой (физической) земной по¬
верхности или под ней (в рудниках).
Геометрические элементы измерений — длины и углы. Длины —
горизонтальные и вертикальные; углы — горизонтальные, верти¬
кальные и позиционные.
Дальнейшее использование результатов измерений в виде пла¬
нов, карт, профилей и т. п. зависит от целей самой съемки.
Для единообразия результатов измерений и для общей увязки
их все точки сносятся (проектируются) по их вертикалям (отвес¬
ным линиям) на мысленно продолженную вокруг всей земли по¬
верхность океана (поверхность геоида).
Положение оснований этих отвесных линий дается (горизон¬
тальная съемка) либо в числах (координатах) либо графически
(на планах и картах), а длина самих отвесных линий (вертикаль¬
ная съемка), которая выражает высоты точек — тоже либо в чис¬
лах (отметки) либо графически (в горизонталях, изогипсах, линиях
равных высот). Сообразно сказанному наиболее четкая классифи¬
кация геодезических приборов по производственному признаку
может быть следующая.
1. Приборы геометрической и тригонометрической горизон¬
тальной съемки:
а) угломерные инструменты для получения только определен¬
ных углов (90°, 180° и 45°) — эккеры всех видов, зеркальные и
призменные;
б) угломерные инструменты, дающие любые горизонтальные
углы, — гониомеры, теодолиты только с горизонтальным кругом;
в) приборы для измерения длин — мерные ленты, цепи, рулетки,
шагомеры, курвиметры; сюда же должны быть отнесены вспомо¬
181
гательные приборы для приведения длин к горизонту: эклиметры,
уклономеры.
2. Приборы вертикальной съемки, работающие:
а) методом геометрического нивелирования — нивелиры всех
систем (рейки);
б) методом тригонометрического нивелирования — инструменты,
имеющие вертикальные круги;
в) методом физического нивелирования — ртутные барометры,
барометры-анероиды, гипсотермометры.
3. Приборы одновременной горизонтальной и вертикальной
съемки (-тахиметрической съемки):
а) теодолиты-тахиметры (тахеометры);
б) мензула и кипрегель;
в) тахиметры-автоматы саморедуцирующие — Гаммера-Фенеля,
Босхардта-Цейсса, Сценесон-Зюсса, Сценесон-Уатса;
г) инструменты фототахиметрии — фототеодолиты всех типов.
4. Приборы вспомогательного назначения — картирующие при¬
боры: координатографы, ортогональные, полярные, пантографы.
Естественным дополнением приведенной классификации по про¬
изводственным признакам должна служить группировка по кон¬
структивным признакам (свойствам). Так как со¬
временные — даже наиболее простые — приборы
являются носителями нескольких признаков, будучи
составными инструментами, то дать выдержанную
классификацию геодезических приборов по кон¬
структивным особенностям не представляется воз¬
можным. С этой оговоркой ниже и дается обзор
этих приборов по признаку конструктивных
свойств.
1. Угломерные инструменты: а) для получе¬
ния только определенных углов (90°, 180° и 45°);
1) инструменты с диоптрами — обыкновенные
эккеры,
2) зеркальные инструменты — зеркальные эк¬
керы,
3) призматические инструменты — призменные
эккеры (рис. 125);
б) части составных инструментов:
1) для получения отвесного или горизонтального направления —
отвес, уровни, круглые и трубчатые (цилиндрические);
2) окуляры, лупы, визирные трубы, отсчетные микроскопы;
в) теодолиты (универсальные инструменты);
г) магнитные инструменты: буссоли, простые и с трубами;
д) приборы для измерения позиционных углов: секстанты, ок¬
танты, зеркальные круги.
2. Приборы для измерения длин: рейки, мерные ленты, цепи,
рулетки; оптические дальномеры: тангенциально-винтовой дальномер,
окулярно-нитяный дальномер, дальномеры двойных изображений.
182
Рис. 125.
§ 2. Отдельные части геодезических инструментов
Составными частями современного геодезического прибора
являются: трубы для визирования, уровни для установки инстру¬
мента и отсчетные приспособления для определения углов.
Кроме того в настоящее время геодезический инструмент,
снабжается каким-либо приспособлением для оптического опреде¬
ления расстояний и буссолью для отсчета магнитных углов.
В наиболее современных инструментах, вместо простого, под¬
вешиваемого к становому винту шнурового отвеса, имеется опти¬
ческий отвес. Эти оптические отвесы могут фигурировать и как
самостоятельные приборы для точного центрирования треног. Их
тогда называют центрировочными инструментами или лот-аппара-
тами.
Трубы. Для возможности наводки (прицела) трубы необходима
определенная, неизменная прямая — визирная ось трубы. Поло¬
жение визирной оси определяется находящимся в трубе прицелом:
крест нитей (сетка) либо из паутиновых нитей либо из нитей,
нарезанных на стеклянной пластинке. Сетка нитей прикрепляется
к специальной диафрагме с помощью винтов, допускающих пере¬
мещение отдельных волосков. Кроме того вся диафрагма должна
допускать небольшое вращение и передвижения сетки, не изменяя
взаимного расположения волосков.
Резкая установка трубы по предмету достигается (обычно) из¬
менением расстояния между объективом и окулярной трубкой
(окулярное колено), несущей диафрагму (сетку) с перекрестием
нитей и окулярные линзы.
Если после наводки волоска на точку будет заметно смещение
волоска относительно точки при перемещениях глаза перед оку¬
ляром, то это укажет, что либо точка либо крест нитей устано¬
влены нерезко. Для резкой установки креста нитей (уничтожение
„параллакса“ нитей) делается подвижной либо сеточная диафрагма
либо, еще лучше, окулярная линза.
Применяют трубы с окулярами Гюйгенса, а также Кельнера.
В последнее время применяются трубы с внутренней фокуси¬
ровкой, с неизменным расстоянием между объективом и крестом
нитей. Резкость наводки в этих трубах достигается при посред¬
стве добавочной подвижной линзы, укрепляемой между объекти¬
вом и нитями (аналлактическая труба, аналлактическая линза).
Обычно в трубах геодезических приборов изображение обратное.
Есть трубы имеющие добавочную оборачивающую линзу —дающие
прямое изображение.
Приспособления для отсчетов. Для нанесения делений от¬
счетные круги (лимбы) имеют посеребренные полосы. Нарезка
штрихов на лимбах производится делительной машиной. Цена
деления лимба (расстояние между двумя соседними штрихами
в угловой мере) зависит от диаметра лимба и от характера от-
183
счетного приспособления. Нормальная цифровка делений — па
ходу часовой стрелки; у буссольных колец — обратно.
Точный отсчет делений круга требует особых приспособлений.
Важнейшие из них — верньер (нониус)1 и отсчетные микроскопы.
Каждое отсчетное приспособление обязательно имеет нульпункт,
индекс, нулевой штрих. Положение индекса относительно делений
круга и определяет отсчет. Назначение отсчетного приспособле¬
ния— возможно точное определение расстояния нульпункта от
ближайшего предшествующего (младшего) штриха.
Отсчетные микроскопы бывают следующих типов: 1) штри¬
ховой, 2) с нониусом (верньер), 3) шкаловой, 4) с плоскопарал¬
лельной пластинкой, 5) с микрометром.
При малом поле зрения (из-за большого увеличения) цифро¬
вые надписи на лимбе должны стоять у каждого градусного
штриха. При отсчете в лупу по обычному нониусу подписи ста¬
вятся через 5° или 10°.
Отсчетное приспособление наглухо соединяется с алидадой,
вместе с которой и участвует во вращении.
У правильно смонтированного геодезического прибора рас¬
стояние между микроскопом и лимбом при любом расположении
должно быть неизменным, т. е. установка микроскопа остается
постоянной.
Ошибки делений кругов (при применении современных дели¬
тельных машин) незначительны. Эксцентричность алидады компен¬
сируется устройством двух отсчетных приспособлений, располо¬
женных примерно на 180° относительно друг друга.
Приспособления для оптического определения расстояний.
Каждый геодезический прибор более совершенной конструкции
имеет приспособления для оптического измерения расстояний.
Основная идея такого измерения та, что величина искомого рас¬
стояния (отрезка прямой) вычисляется при посредстве треуголь¬
ника с очень острым углом при вершине (параллактический угол).
В этом треугольнике известно основание (базис), а параллакти¬
ческий угол либо постоянен и известен либо переменен и подле¬
жит определению. Приспособления для этой цели (они могут
быть и в виде самостоятельных приборов) называются дальноме¬
рами или телеметрами.
Дальномеры, которыми снабжаются геодезические приборы*
можно подразделить на: 1) дальномеры с посгНоянным паралла¬
ктическим углом ( в инструменте, т. е. в точке стояния) и пере¬
менным базисом (в конечной точке определяемого расстояния) и
2) дальномеры с переменным параллактическим углом (в точке
стояния) и постоянным базисом (в определенной точке) (дально¬
мер с тангенциальным винтом).
Телеметры с постоянным базисом в приборе (в точке стояния)
1 О верньере (нониусе) см. гл. XXIV.
184
и переменным параллактическим углом (в определенной точке)
в геодезических инструментах, как правило, не применяются.
Нитяной дальномер. Простейшим по конструкции (имеется
почти во всех геодезических приборах с трубою) является нитя¬
ной (он же окулярный) дальномер с постоянным углом (в точке
стояния).
Параллактический угол (величиной в 30—60°) определяется
фокусным расстоянием объектива трубы и двумя симметрично от
горизонтальной нити (креста нитей) расположенными дополнитель¬
ными нитями (дальномерные нити, дальномерная сетка нитей). Он
имеет вершиной так называемую аналлактическую точку. В случае
(наиболее частом) обычной рамсденовской трубы этой точкой
является передний главный фокус объектива.
Отношение фокусного расстояния объектива к расстоянию
между дальномерными нитями определяет собой множительную
константу (коэфнциент) нитяного дальномера. Для удобства под¬
счетов дальномерные нити раздвигают настолько, чтобы при дан¬
ном фокусном расстоянии коэфициент дальномера был круглым
числом (100).
Дальномеры двойных изображений. Если перед объективом
трубы геодезического прибора (теодолита) поместить оптический
клин так, чтобы часть лучей отклонилась на небольшой постоян¬
ный угол, то вместо обычного одного изображения рассматривае¬
мой горизонтальной рейки будут видны два взаимно несколько
смещенные ее изображения. Величина этого смещения может слу¬
жить мерой удаленности рейки от инструмента. Такого рода при¬
способлениями снабжены обычно теодолиты последних выпусков
фирм: Цейсс, Керн, Гильдебрандт и др.
Рейки. Для этих геодезических приборов, как и для теодоли¬
тов с микрометренным тангенциальным винтом, требуются гори¬
зонтальные рейки. Эти устанавливаемые в точке визирования
рейки должны иметь приспособления (визирную трубочку) для
установки их перпендикулярно направлению на инструмент. Рейки
дальномеров двойных изображений имеют, кроме обычной шкалы,
еще шкалу нониуса.
Буссоли. Эти приборы применяются двух типов: 1) круглая
буссоль — с полным градуированным кругом (кольцо буссоли),
и 2) штриховая буссоль — в виде продолговатой коробочки со
штрихом, по которому устанавливается северный конец стрелки.
Треноги. Большинство геодезических приборов употребляется
с установкой их на деревянных треногах с раздвижными или цель¬
ными ножками. Для подземных работ применяют подвесные при¬
боры на ввинчиваемых, забиваемых или зажимаемых подвесках.
§ 3. Топографические инструменты
Нивелиры. Назначение нивелира — воспроизвести (установить)
горизонтальную визирную линию. В основном различают три типа:
185
1) глухие нивелиры — с наглухо соединенными частями (например
типа Цейсса, рис. 126); 2) нивелиры с наклоняемой трубой,
имеющей у лагеров микрометренный
винт для небольших наклонов трубы
(вместе с уровнем) в вертикальной
плоскости, 3) нивелиры с вращаю¬
щейся трубой и реверсионным (дву¬
сторонним) уровнем. Трубы у по¬
следнего типа могут либо выни¬
маться из лагеров (перекладываемая
труба, рис. 127, нивелир ЭГО) либо
только вращаться (нивелир Цейсса,
Вильда).
В каждом нивелире для правиль¬
ности даваемых прибором результа¬
тов необходимо, чтобы: 1) попе¬
речная нить перекрестия (сетки)
была горизонтальная, 2) ось уровня
была перпендикулярна к оси враще¬
ния инструмента, 3) визирная ось
была параллельна оси уровня. Для
нивелиров требуется вертикальная
рейка.
Теодолиты. Главный инструмент для измерения горизонталь¬
ных углов любым геодезическим методом и с любой достижимой
Рис. 127.
точностью — теодолит. Различают теодолиты: по установке —уста¬
навливаемые и подвешиваемые; по трубе — с центральной и
186
Рис. 126.
с вне центральной трубами; по роду отсчетных приспособлений:
<с нониусами и с микроскопами; по приспособленности к методам
измерений горизонтальных углов: простые (одноосевые) и повто¬
рительные (двухосевые) (рис. 128).
Главное требование к теодолиту: при вертикально расположен¬
ной оси вращения инструмента визирная ось трубы должна опи¬
сывать при наклонах и подъемах вертикальную плоскость. Для
этого необходимо, чтобы: 1) ось уровня была перпендикулярна
к оси вращения инструмента, 2) визирная ось трубы была перпен¬
дикулярна к оси вращения трубы и 3) ось вращения трубы была
перпендикулярна к оси вращения инструмента.
Цена деления лимба зависит от диаметра и от рода отсчета.
Ниже приводятся наиболее употребительные соотношения.
Теодолиты с нониусами; подразделения на 360°
Диаметр лимба . ... 21 см 17 см 15 см 12 см 10 см 8 см
Цена деления лимба . . 1/6° У6° 7з° 1/3° V20 V20
Точность отсчета • . . 10" 10" 20" 30" 60" 60"
Теодолиты с нониусами; подразделения на 400°
Диаметр лимба . ... 21 см 17 см 15 см 12 см 10 см 8 см
Цена деления лимба ° . V5g y4g V2g V2S */28 У2Я
Точность отсчета . . . 25 ' 51)'' Г Г Iх 1'
Теодолиты с .микроскопами; подразделения на 360°
Диаметр лимба . . . 15—20 см 10—12 см
Цена деления лимба . 1/G° У3°
Точность отсчета . . 6" 12"
Теодолиты с микроскопами; подразделения на 400®
Диаметр лимба . . . 17—20 см 10—15 см
Цена деления лимба • y5g 1/2S
Точность отсчета . . 20" 50"
Совершенно особняком должны быть поставлены теодолиты
с оптическими микрометрами и со стеклянными лимбами, дающие
отсчеты до 0, Г' при минимальных размерах и весе. Это теодолиты
Цейсса и Вильда (рис. 129, тип Цейсса), у которых оптическое
совмещение обоих диаметрально расположенных отсчетов дает
сразу требуемый средний вывод отсчета. Наблюдение — в единый
отсчетный окуляр. При цене деления лимба в 1js° (на стекле):
у теодолита Цейсса диаметр горизонтального лимба — 9,5 см,
диаметр вертикального лимба — 4,95 см; у теодолита Вильда диа¬
метр горизонтального лимба — 9,5 см, диаметр вертикального
лимба — 5 см.
Повторительное устройство цейссовского теодолита очень про¬
стое. При нажатии зажимного рычажка достигается жесткое сце¬
пление лимба и алидады, и тогда удерживаемый только трением
лимб горизонтального круга может быть повернут вместе с али¬
дадой.
187
Увеличение теодолита Цейсса — 28х, теодолита Вильда — 24**
Освещение у цейссовского теодолита — через единое входное осве¬
тительное окно. Центрировка —
эптическим лотом.
[
Рис. 130.
Кипрегель и мензула. Назначение комплекта (кипрегель плюс
мензула) (рис. 130) — графическое определение горизонтального
нроложения точек. Кроме обычных кипрегелей (с наглухо прикре¬
188
Рис. 128.
Рис. 129.
пленной линейкой), фирмой Цейсс выпущен кипрегель-профилограф
с вращающейся линейкой. Той же фирмой построена и стереоско¬
пическая мензула, где роль кипрегеля выполняет инструмент со
стереоскопическим дальномером, позволяющий вести стереоскопиче¬
ский указатель (марку) непосредственно по горизонтали.
Тахиметры-автоматы. К приборам специально ускоренной (тахи¬
метрической) съемки относится обширная группа геодезических
приборов, имеющих назначением механизацию подсчета отдельных
элементов вертикально-горизонтальной съемки, так например тахи¬
метр Гаммера-Фенеля с диаграммой, переводящей наклонную даль¬
ность луча зрения в горизонталь¬
ную и вертикальную составляю¬
щие.
Сюда же должны быть отне¬
сены и специальные приборы,
использующие преимущества даль¬
номеров двойных изображе¬
ний, например автор едукционный
тахиметр Босхардта-Цейсса
(рис. 131). В нижней части
объектива трубы этого прибора
помещены два ровных дискообраз¬
ных оптических клина. При
помощи особого приспособления
каждый поворот (наклон) трубы
вызывает относительное смещение
(вращение) клиньев. Этим дости¬
гается изменение смещения двух
изображений горизонтальной
рейки пропорционально наклону
зрительной трубы. По рейке с де¬
лениями, равными 2 см, отсчи¬
тываются прямо метры и деци¬
метры, а по барабану винта оптического микрометра — сантиметры.
Вертикальный круг, кроме обычных делений в градусах, имеет
еще деления, равные значениям вертикального угла. Простое умно¬
жение этой величины на определенное ранее расстояние дает иско¬
мую разность высот.
Рис. 131.
Глава VI
ФОТОГРАММЕТРИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ И КАМЕРАЛЬНАЯ
АППАРАТУРА
§ 1. Общий обзор и классификация
Соответственно разнообразию сфер применения фотограмметрии
(измерительной фотографии) отдел камеральных фотограмметри¬
ческих приборов весьма обширен. Ниже речь будет итти только
о фотограммприборах, используемых для целей геодезии (приборы
топографической фотограмметрии). Конечная продукция этого вида
фотограммприборов та же, что и в топографии: план, карта,
профиль. !
Задачей фотограмметрии, как известно, является механическое
определение положения точек. Степень механизации топографи¬
ческого процесса (получения плана) зависит от вида самой фото¬
съемки и в особенности от метода фотограммобработки. Современ¬
ное многообразие фотограмметрических развертывающих приборов
позволяет представить результаты в любой стадии завершения:
либо в числах, либо в промежуточных графоаналитических данных
либо наконец в окончательном графическом завершении — в виде
плана (карты) с рельефом.
В отношении каждого фотоизображения для возможности его
использования (развертывания в план) надо знать его внутреннее
ориентирование (форму проектировавшего пучка) и внешнее ориен¬
тирование (пространственное положение проектировавшего пучка).
Определение элементов внешнего ориентирования является одной
из основных задач, решаемой наиболее совершенными из фотограмм-
приборов механически, помимо прямой задачи развертывания.
Обработка снимка (фотограмм) может быть раздельная или
попарная (стереофотограмметрия).
Таким образом классификация развертывающих фотограммет¬
рических приборов может быть представлена в том виде, как она
дана в табл. 24.
Группа приборов парной обработки обнимает собой аппара¬
туру для развертывания снимков как в вертикальном, так и в гори-
190
Таблица 24
Классификация развертывающих фотограмметрических приборов
Назначение при¬
бора
Приборы односним-
ковые
Приборы парносним-
ковые
Для линейного
измерения
Фотокоординатометры
(простые компараторы)
Стереокомпараторы
Радиалтриангуляторы
Для углового
измерения
Фотограмметрические
(бильдмес) теодолиты
Входят (попарно) состав¬
ной частью в стереоавто¬
маты пространственного
типа (см. ниже)
Для преобразо¬
вания масштабов
Репродукционные ка¬
меры. Фоторедукторы
См. стереоавтоматы
Для преобразова¬
ния наклона
Фототрансформаторы
См. стереоавтоматы
Приборы универ¬
сального действия
для высотно-пла-
нобого определе¬
ния точек
Стереоавтоматы с рабо¬
чей плоскостью: стерео¬
автографы
Стереоавтоматы с рабо¬
чим пространством: сте-
реопланиграфы
Двойные проекторы
Стереорефлекторы
зонтальном направлениях, приборы же раздельной обработки —
преимущественно только в горизонтальном (безрельефный материал).
§ 2. Приборы раздельной обработки снимков
Снимкоизмерительные приборы. Определенный по форме
(внутренним ориентированием) и по положению (внешним ориен¬
тированием) фотограмметрический пучок дает возможность получать
направление на все точки снятого объекта.
Реконструкция снятого объекта (получение его плана или
профиля) может быть осуществлена методом точечного обмера
(по отдельным произвольно выбранным точкам) либо методом
линейного обмера (по точкам, лежащим в плоскостях заранее
заданных сечений фотограмметрического пучка).
При раздельной обработке фотограмм (для точечного обмера}
возможно либо линейное измерение снимка либо угловое.
191
В первом случае искомые горизонтальный и вертикальный углы
(определяющие луч, с которым совмещена данная точка объекта)
получаются аналитически (либо графически) по данным элементам
внутреннего ориентирования, путем измерения плоских координат
точек снимка. Для измерения обрезков координат имеются спе¬
циальные приборы — простые компараторы (координатометры).
Во втором случае вертикальный и горизонтальный углы изме¬
ряются непосредственно при помощи специальных (по идее Порро-
Коппе) снимкоизмерительных
(фотограмметрических) теодо¬
литов, осуществляющих навод¬
ку зрительной трубы на точки
фотоизображения на негативе
(пластинке). Разумеется пла¬
стинка в теодолите должна за¬
нимать точно такое же поло¬
жение, в каком она была в про¬
странстве во время экспозиции.
Фотограмметрические тео¬
долиты, имея (в данное время)
ограниченное самостоятельное
применение, являются конструк¬
тивным элементом наиболее со¬
вершенной развертывающей сте¬
реоаппаратуры.
Приборы оптического про¬
ектирования. Фототрансфор¬
маторы. В общем случае косо
снятый снимок отличается от
снимка с горизонтальной пла¬
стинкой наличием перспектив¬
ных искажений. Он разномас¬
штабен. Чтобы в случае плос¬
кой местности фотоизображег
ние (центральная проекция) да¬
ло уменьшенное и подобное
изображение снятой местности
(параллельную проекцию, план),
разномасштабный снимок дол¬
жен быть преобразован („транс¬
формирован“) в одномасштабный (плановый). Эту задачу решает
лучше всего оптическое проектирование в специальных прибо¬
рах— фототрансформаторах. Трансформированный снимок дол¬
жен быть приведен к желательному масштабу.
1 а Трансформаторы, преобразующие снимки в „дикий* масштаб,
требуют добавочной фоторедукции (в фоторедукторах) для приве¬
дения к требуемому масштабу. Таковы трансформаторы: Дробышева,
Егер-Лизеганга, Ика, Соколова.
192
Рис. 132.
Наиболее совершенные фототрансформаторы дают результат,
уже приведенный к требуемому масштабу. Таков например транс¬
форматор Цейсса с автоматической фокусировкой (рис. 132).
Отправной частью всякого трансформатора служит нега¬
тив, пластиночный или пленочный (первый элемент — плоскость
снимка).
Так как уничтожение перспективных искажений при фототранс¬
формации достигается центральным перепроектированием, то вторым
элементом трансформатора является центр проекции — объектив
(шфскость симметрии объектива).
Наконец третий элемент — экран: продукт работы (трансфор¬
мации) обнаруживается на некоторой рабочей плоскости (плоскость
экрана). Разумеется необходим достаточно мощный источник света
и конденсор для получения проектирующего светового пучка.
Таким образом схема фототрансформатора может быть пред¬
ставлена тремя плоскостями: снимка, объектива и экрана. Из всех
вообще возможных перспективных положений экрана и снимка
только те дадут оптически верное изображение, при которых все
три плоскости будут пересекаться по одной и той же прямой,
всегда общей’ этим трем плоскостям, но всегда различной для
каждого отдельного случая проектирования (основное условие
трансформатора — условие Шеймпфлюга-Аббе).
Чтобы две плоскости при посредстве одного проектирующего
объектива оптически резко изобразить одйу на другой, необхо¬
димо, кроме условий Шеймпфлюга-Аббе, соблюдение условия отстоя¬
ния, определяемого уравнением: 1/a-J-1/£= 1//. Для автоматиче¬
ского осуществления этого условия в современных трансформаторах
имеются специальные механизмы — инверсоры, осуществляющие
инверсные (ресипрокальные) функции; придав уравнению: 1/a-f-
-j- ljb= 1// вид: (iа—f) (b—/)=/2, очевидно можно рассма-
тривать (b—f) как инверсную функцию от (а—/).
Обычно инверсоры по их роли делятся на две основные кате¬
гории: масштабные и сопрягающие. Первые обслуживают только
процесс увеличения или уменьшения изображения. Наиболее совер¬
шенным инверсором является инверсор Карпантье.
§ 3. Приборы парной обработки снимков (стереофотограмм-
приборы)
Общая характеристика. Парноснимковые приборы характери¬
зуются прежде всего особенностью метода наблюдения. Это все
приборы бинокулярного типа; все они требуют от обрабатываемой
пары снимков наличия стереоскопического эффекта.
Чем менее фотограмметрически совершенен стереоприбор, тем
больше ограничительных условий ставится при получении пары
снимков; на нем развертывать возможно не всякую стереограмму.
Стереоавтоматы пространственного типа имеют максимально ши¬
рокий диапазон обработки.
13 Зак. 3730. Справочн. кн. оптико-механика. 193
Острота стереонаблюдения прямо пропорциональна полной
пластике прибора.
Пространственный эффект при рассматривании стереопары обу¬
словливается параллактическим смещением соответственных точек
изображения. Само же параллактическое смещение зависит непо¬
средственно от пространственных координат рассматриваемой точки
объекта и кроме того оно есть функция раздельного положения
центров обоих фотограмметрических пучков.
Блуждающий указатель. Все современные фотограммприборы
для стереообработки основаны на принципе блуждающего указа¬
теля (марка, баллончик). Конструктивно возможны два следующие
типа блуждающей марки.
1. В параллактическом смещении участвуют прицельные лучи,
определяемые указателями каждого окуляра. Сближение самих
марок дает эффект пере¬
мещения в глубину еди¬
ного (усматриваемого про¬
странственно) указателя
(баллончика). Этот тип
осуществлен в стерео¬
микрометре Цейсса (де¬
монстрационный прибор,
рис. 133).
2. Марки неподвижны,
и прицельные лучи парал¬
лельны, а сдвигаются
снимки, что дает тот же
эффект перемещения бал¬
лончика в глубину про¬
странства стереомодели
снятого объекта. Второй
тип позволяет наблюда¬
телю не менять сходимости (конвергенции) осей глаз, т. е. раз¬
решает работать с параллельными осями глаз и стало быть
поместить изображения в фокальной плоскости луп. Последнее
обстоятельство обеспечивает работу с минимальным утомлением
(при не аккомодированном состоянии глаз).
Следующим не менее важным преимуществом второго типа
блуждающей марки является то обстоятельство, что перемещение
снимков, давая поочередный обзор пары снимков по частям (без
поворота глаз), допускает применение в стереоскопе любого уве¬
личения, Только второй тип стереомарки применяется во всех
точных стереограммприборах.
Обмер с помощью постоянной шкалы (как в стереодальномерах)
в фотограмметрии не применяется.
Стереоприборы точечного обмера: стереокомпараторы, ра-
диалтриангулятор. Простейшим прибором для точечного обмера
стереограммы служит предложенный Пульфрихом стереокомпара¬
194
Рис. 133.
тор (рис. 134). Стереокомпаратор состоит из измерительного
стереоскопа (с блуждающим указателем), монтированного на системе
салазок, несущей кроме того и снимки (стереограммы). Назначе¬
ние стереокомпаратора — стереоскопическое измерение прямоуголь¬
ных координат точек снимков.
Измерительный стереоскоп есть попросту бинокулярный микро¬
скоп с 6-кратным увеличением. Он имеет два тождественной формы
указателя.
Система крестообразных салазок служит для взаимной уста¬
новки марок (указателей) и снимков перемещениями вдоль прямо¬
угольных осей координат. Винты Г(горизонтального параллакса) и К
(вертикального параллакса) при помощи второй системы салазок
позволяют осуществить относительное смещение—правого снимка
по отношению к левому.
Рис. 134.
Винты Т и К имеют шкалы и барабаны для отсчетов. Оба
снимка (обычно негативы) располагаются на своих салазках,
на равной высоте.
Установка на резкость в отношении измерительных марок
достигается вращением окулярных раковин, в отношении же сним¬
ков— подъемом и опусканием бинокуляра.
Столик сбоку, скрепленный с главными салазками, служит для
помещения фотокопии (контактного отпечатка) левого снимка.
Для отсчета перемещений служат масштабы. Отсчеты по нони¬
усам— дб 0,02 мм. Отсчеты по барабанам микрометренных вин¬
тов (для параллаксов) — до 0,001 мм.
Модель Е (последний тип) рассчитана на максимальный формат
13X18. Наибольший измеримый горизонтальный параллакс —
60 мм.
В качестве второго из простейших стереоприборов следует
упомянуть так называемый радиалтриангулятпор, идея которого
принадлежит О. Груберу (Иена). Этот прибор служит для стерео¬
скопического измерения полярных координат (рис. 135).
Так как сообразно назначению прибора обмеряемые снимки
должны вращаться (полярные координаты), вращение же порознь.
13* 195*
каждого снимка разрушает стереоэффект, то для восстановления
его, как показывает оптическая схема прибора, на пути хода лучей
от каждого снимка помещены призмы Амичи. Вращение этих призм
восстанавливает стереоэффект. В этом наиболее существенное кон¬
структивное отличие радиалтриангулятора от стереокомпаратора.
Стереоприборы линейного обмера. Основные элементы
конструкции. При истолковании конструкции автоматических
развертывающих приборов возможны две разные точки зрения.
1. Оба фотограмметрические пучка, будучи взаимно ориентиро¬
ваны точно так, как это имело место в момент самой съемки,
дадут при попарном пересечении лучей точечную модель местно¬
сти. Масштаб этой модели определится взаимным расстоянием
Рис. 135.
центров обоих фотограмметрических пучков. Ориентируя модель
относительно плоскости карты (плана) так, как ориентирован сам
объект относительно плоскости горизонта, можно будет все точки
этой модели спроектировать (параллельным перенесением) на пло¬
скость карты и одновременно измерить высоты точек модели над
плоскостью проекций, т. е. получить план местности «о взятом
масштабе. Пересекая модель плоскостями, параллельными плоско¬
сти проекций, можно непосредственно получить кривые равных
высот (горизонтали, изогипсы), изолинии.
Этот путь истолкования конструкции автоматических фото-
граммприборов (приборов линейного обмера) характеризуется
идеей получения точек с помощью ориентированных пучков лучей
по методу прямой засечки. Он соответствует представлению о фо¬
тограмметрии как о процессе измерения.
2. Все точки объекта, расположенные на одинаковой высоте,
принадлежат одной общей секущей плоскости (совмещены с одно й
196
плоскостью). Положение их может быть определено, коль скоро
все соответственные точки данного фотоизображения будут спро¬
ектированы на плоскость соответствующей изолинии. Параллель¬
ное проектирование всех секущих плоскостей (всех изолиний)
в одну плоскость даст план (карту) в выбранном масштабе.
Таким образом надо позаботиться только о проектировании
изображения на определенным образом ориентированный экран,
причем это проектирование (центральным пучком) должно быть
таким, чтобы получаемые проекции были вполне определенного
масштаба (трансформированы).
Под таким углом зрения все автоматические приборы линей¬
ного обмера можно рассматривать как фототрансформаторы. Этот
путь истолкования соответствует представлению о фотограммет¬
рии как о процессе проектирования.
С конструктивной стороны последняя точка зрения наиболее
ценна. Исходя из нее, мы приходим к следующим главным элемен¬
там конструкций автоматических развертывающих приборов:
1) элементы для центрального проектирования как отдельных
снимков (или частей снимков), так и совокупного проектирования
многих снимков — проектирующая система;
2) элементы* для параллельного проектирования точек модели
объекта — координирующая система;
3) элементы для визуального наблюдения точек или направле¬
ний вооруженными глазами — визуальная, или наблюдательная,
система.
К этому, для окончательной целевой завершенности прибора,
следует добавить еще — 4) картирующую систему. Результат
обработки стереограммы должен быть надлежащим образом фик¬
сирован: обычно графически (конечный продукт — план — есть
графика), иногда в числовых отметках; нормально — и то и другое.
Графическая фиксация обслуживается координатографом, кинема¬
тически связанным с составляющими основных движений собственно
прибора, разложенных вдоль пространственной системы коорди¬
нат.
Выбор этой системы координат (координирующая система)
определяет конструктивно-производственную физиономию прибора
и может быть либо произволен либо сделан на основе вполне
определенных плоскостей и направлений. К вполне определенным
следует причислить прежде всего плоскость карты-плана (плоскость
проекций), линию базиса (соединяющую центры обоих фотограм¬
метрических пучков) и направление съемки (направление оптиче¬
ской оси съемочного аппарата).
Координирующая система. В идеальном случае базис гори¬
зонтален и нормален к направлению съемки. В этих условиях
наиболее естественно система пространственных прямоугольных
координат получится, если взять: за ось Х-оъ линию базиса, за
ось У-ов — направление съемки и за ось Z-ob — нормаль к первым
двум. При этом для обоих типов съемки—горизонтальной (на¬
197
земная съемка) и вертикальной (надирной, аэросъемка) — плос¬
костью проекций (плоскостью карты-плана) будут служить: в первом
случае — координатная плоскость XF, во втором — плоскость XZ,
а профильными плоскостями будут соответственно XZ в первом
и XY во втором случаях съемки.
В общем случае произвольного пространственного располо¬
жения базисов ось Х-ов не будет совпадать с направлением базиса.
Для оси Г-ов направление будет также отличным от направления
съемки. В этом случае базис необходимо заменить, его составляю¬
щими вдоль осей координат: Ьх> Ьу1 и Ья.
Выбор координирующей системы, ориентированной вдоль на¬
правления съемки, для возможности обработки результатов аэро¬
съемки требует от прибора еще и наличия дополнительной ориен¬
тировки относительно отвесной линии (возможность поворота
стереомодели).
Все эти соображения, интерпретированные соответственной
математической формулировкой, должны быть исходными при
конструировании (проекте) стереоавтомата.
Механизм засечки. Цейссовский параллелограм. Как уже
говорилось, кроме проективной точки зрения не менее закономерна
и другая, рассматривающая фотограмметрию в ее, исходной сущ¬
ности процесса измерения. Конструкции стереоразвертывающих
приборов отражают и эту точку зрения, имея в своих звеньях
специальный механизм засечки, известный под названием цейссов-
ского параллелограма.
Для построения треугольника засечки, определяющего поло¬
жение искомой точки с помощью биполярных кЪординат, нет не¬
обходимости строить этот треугольник в пространстве или вос¬
создавать в его проекциях (например так, как это делается при
мензульной съемке). Воспроизведение этого треугольника можно
осуществить позвенно, по частям, воссоздавая отдельно стороны
треугольника по их величине и направлению либо в их простран¬
ственной модели либо в соответственных их проекциях. Для ме¬
ханизированного определения точек это весьма существенно, ибо
на этом пути исключаются далеко не точно осуществимые пере¬
сечения механических составляющих (линеек, штанг, ленкеров),
неизбежные при целостной (совместной) реконструкции треуголь¬
ника засечки.
Необходимо отметить, что хотя в общем случае (в обычной
геодезической практике) для решения прямой засечки надо иметь
две опорные точки, а для обратной — не меньше трех, в стерео¬
автоматах, располагая уже ориентированными засекающими
направлениями, достаточно для обратной засечки и двух исходных
точек. Таким образом в данном случае разница лишь в том, что
оба необходимые засекающие направления (боковые стороны тре¬
угольника засечки) измеряются в прямой засечке с данных точек,
в обратной же — с искомой точки. Под этим углом зрения надо
рассматривать делаемые иногда указания, что одни стереоразвер-
198
тывающие приборы работают по принципу прямой, другие — по
принципу обратной засечки.
Проектирующая система. Средства, которыми располагает
проектирующая система, можно разделить на чисто оптические
и на механические в соединении с оптическими. Чисто оптиче¬
ские служат для проектирования точек, механические же (в со¬
единении с оптическими) — для проектирования направлений. При
этом механические компоненты имеют назначение продолжить
(заменить) собой направление восстановленных световых лучей
и осуществить (действуя по возможности автоматически) необхо¬
димые отстояния между требуемыми точками и плоскостями с одной
стороны и их оптическими компонентами — с другой.
Проектирование конгруентным пучком (с угловым измерением
снимков) предполагает приведение снимка и проектирующего объ¬
ектива в такое взаимное расположение, в каком оба они были
в момент съемки. Это обстоятельство фактически означает чрез¬
вычайно малую сходимость соответственных пар лучей предмет¬
ной световой пирамиды (позитивной пирамиды), ибо, как известно,
расстояние предмета от съемочного объектива (величина позитив¬
ной световой пирамиды) при топографической фотосъемке во много
раз превышает размеры пирамиды изображения (негативной пира¬
миды). Наблюдать на таких расстояниях реконструированную
точечную модель снятого объекта невозможно. Для того чтобы
получить резкое изображение модели на конечном расстоянии,
необходимо между основным объективом и экраном (плоскостью
проекций) иметь второй добавочный объектив (вспомогательную
оптическую систему) с таким расчетом, чтобы фокальная плос¬
кость этой добавочной оптической системы всегда совпадала с плос¬
костью экрана. Фактически это равноценно полной пересъемке
изображения (объекта) заново.
Значительные колебания в дальности отдельных точек объекта
(топографическая фотосъемка) обусловливают вариацию масштабов
изображения (масштаба проекции). А так как масштабное соотно¬
шение между исходным снимком и масштабом получаемой проек¬
ции определяется фокальным расстоянием проектирующей'системы,
то очевидно добавочная (перепроектирующая) оптическая система
должна быть с переменным фокусным расстоянием.
При стремлении проектировать весь снимок зараз задача под¬
бора добавочной оптической системы весьма трудно решима: имею¬
щиеся решения справедливы только для вполне определенных
масштабов. Принцип блуждающей марки, довольствующийся обзо¬
ром стереомодели „по частям“, допускает проектирование изоб¬
ражений по частям. Этим значительно облегчаются конструктивные
условия, позволяя иметь добавочную систему с малым углом зрения;
необходимая ортоскопичность оказывае^я при этом обязательной
лишь для небольшой зоны фокального поля, только вблизи точки,
подлежащей проектированию. Задача решается применением теле¬
объектива со свободным вращением около центра проекции. При
199
вращении должно быть неизменным условие инцидентности центра
телеобъектива с проектирующим лучом, т. е. проектируемая точка,
центр вращения системы (центр проекции) и позитивная глав¬
ная точка системы всегда должны лежать ^а одной прямой.
Наблюдательная система. Визуальная система должна позволять
достаточно удобное наблюдение фотоизображений с соблюдением
надлежащего направления и в правильной последовательности.
Для наблюдения изображений на стекле (в проходящем свете,
фотонегативы) вообще говоря необходим оптический кардан, так
как переменные направления проектирующих лучей должны быть
для глаз наблюдателя преобразованы в световой пучок постоян¬
ного направления, дабы работать при постоянстве и параллель¬
ности направлений взора обоих глаз.
Для обеспечения максимума стереоэффекта необходимо, чтобы
первичная ось оптического кардана была параллельна базису
съемки.
Пример проекционного стереоавтомата: стереоавтограф»
Исторически первым (1911 г.) и простейшим представителем
автоматических стереоразвертывающих приборов является „машина-
умница“— стереоавтограф ОреляЛ Этот прибор, с механиче¬
ским проектированием, должен быть отнесен к типу проекционных
стереоавтоматов, так как у него вся работа осуществляется
в одной рабочей плоскости. Механическое проектирование опти¬
ческих лучей на горизонтальную плоскость осуществлено системой
двух линеек: линейка направлений дает проекцию луча, идущего
с левой стоянки, линейка отстояний — луча справой стоянки. Этот
механизм производит определение горизонтальной проекции иско¬
мой точки. Определение высот с помощью проекции левого
засекающего тгуча на вертикальную плоскость осуществлено тре¬
тьей линейкой—линейкой высот. Вертикальная проекция также
совмещена с рабочей (горизонтальной) плоскостью прибора. Из
конструктивных соображений линейке высот придан излом под
прямым углом. Вся система линеек, имеющих вращательное дви¬
жение, управляется перемещением двух мостиков: мостика отстоя¬
ний и мостика высот. Перемещающиеся по мостикам салазки
передают суммарный результат на карандаш, вынесенный над чер¬
тежным столом. Система линеек связана со стереокомпаратором
Пульфриха, бинокулярный микроскоп которого служит наблю¬
дательной системой стереоавтографа. Собственное движение микро¬
скопа корректирует, по стереоэффекту, движение высотных салазок
и следовательно вращение линейки высот. Вращение двух осталь¬
ных линеек управляется мостиком отстояний, через посредство
базисных салазок, также на основании стереоэффекта (движение
пластинок). Координирующая система осуществлена в виде плос-
1 В СССР в последние годы аналогичную конструкцию осуществил
Экспериментальный ремонтный завод Главного геодезического управле¬
ния (конструкция Дробышева).
200
костной системы осей координат: ось F-ов в виде двух направ¬
ляющих, вдоль которых перемещается мостик отстояний; ось ЛГ-ов
осуществляет сам мостик отстояний, вдоль которого движутся
базисные салазки. Таким образом координирующая система стерео¬
автографа Ореля ориентирована вдоль направления съемки — ось У-ов
совпадает с оптической осью левой камеры. Прибор предназна¬
чен для развертывания наземной стереофотосъемки. Так как на
практике применяют (почти) исключительно съемки с горизонталь¬
ными осями камер, то тем самым дополнительной ориентировки
относительно отвесной линии не требуется.
Впрочем уже модель С/3 (рис. 136) допускает обработку
и съемок со слабо наклоненными осями (до 25°) при условии уста¬
новки на коротких концах линеек направлений и отстояний не /
(фокусное расстояние камер) a /:cosco и /:cos2<o, где ш — угол
наклона. При переходе с одной горизонтали на другую в этом
случае необходимо каждый раз менять установку виртуальной
величины базиса.
Так как расстояние между центрами вращения обеих линеек
планового действия (линейка направлений и линейка отстояний)
из конструктивных соображений желательно иметь постоянным,
то связь между этими линейками осуществлена в виде параллелограма
Цейсса. Исходная фигура большого параллелограма, составлен¬
ного рабочими (длинными) концами линеек направлений и отстоя¬
ний, изменяется в трапецию: ведущий ролик линейки отстояний
при посредстве крестообразных базисных салазок смещается про¬
201
Рис. 136.
порционально проекциям bx и Ьу базиса, что и дает нужное уко¬
рочение постоянного конструктивного расстояния между центрами
вращения.
Пример пространственного стереоавтомата: стереоплани-
граф. Новейшие стереоразвертывакщие приборы характеризуются
тем, что все они относятся к типу пространственных, т. е. осуще¬
ствляют процесс проектирования не в какой-либо проекции, а не¬
посредственно в пространстве. Как правило, конструктивным
элементом проектирующей системы этих приборов служат два
фотограмметрические теодолита; обмер снимков — исключительно
угловой (по принципу Порро-Коппе).
Одним из наиболее совершенных стереоприборов простран¬
ственного типа является „машина-волшебница“ —стереопланиграф
202
Рис. 137.
Бауерсфельда, где использование оптики осуществлено с исклю¬
чительным мастерством.
Проектирующая система стереопланиграфа (рис. 137) состоит
из двух камер с осветительным и проектирующим приспособле¬
ниями. Каждая камера допускает установку требуемых элементов
внутреннего ориентирования. Каждая из камер может быть:
1) вращаема вокруг своей оптической оси (установка крена),
2) наклоняема около горизонтальной оси (установка наклона) и
3) отклоняема вокруг вертикальной оси (установка скоса). Возможна
взаимная установка по высоте объективов камер. Наличие всех
перечисленных степеней свободы позволяет ориентировать каждую
из камер относительно координирующей системы прибора так,
как этого требуют элементы внешнего ориентирования. Перед
каждым из объективов находится проектирующее приспособление —
добавочная оптическая система, управление которой осуществляется
ленкером (штангой). Второй ленкер служит для автоматической
установки зеркала с маркой.
Координирующая система стереопланиграфа представлена про¬
странственной системой крестообразных салазок (вдоль напра¬
вляющих XYZ), вместе с которыми /перемещаются измерительные
марки. Марки непосредственно связаны с кареткой Х-ов, Приво¬
дом для каретки Х-ов служит ручной штурвал.
В Хъ, Уь и Zb имеются приспособления для установки соответ¬
ствующих составляющих базиса. Салазки У-ов и Z-ов приводятся
в движение другим ручным штурвалом и ножным диском. При
горизонтальных и перспективных съемках проекция плана (карты)
получается на плоскости, определяемой направляющими Х-ов и
У~ов, при вертикальной съемке — X — Z-ов. Переключательное
приспособление допускает необходимое соединение ручного при¬
вода с салазками У-ов или Z+ов и соответственно ножного привода
с салазками Z-ов или У-ов, смотря по характеру обрабатываемой
пары.
Наблюдательная система стереопланиграфа представлена опти¬
ческим рукавом, состоящим из трех отдельных частей, связанных
между собой только ленкерами. Луч, попавший на марку, отбра¬
сывается зеркалом всегда вдоль оси^-ов; попадая затем в непод¬
вижно закрепленную ломаную трубу, он отклоняется в направлении
оси Z-ов. К этой трубе примыкает подвижная труба. Последняя
вращается перпендикулярно к оси Z-ов и своей отражающей
поверхностью отклоняет в этом направлении отраженный луч.
Окулярная часть рукава также состбит из неподвижной части
и подвижной части, вращающейся вокруг направления оси Z-ob.
Обе вращающиеся трубы, оптического рукава' соединены между
собой специальным ленкером так, чтобы при любом положении
салазок Х-ов оси обеих труб совпадали.
В неподвижной трубе помещена призма, назначение которой
в оптической амортизации поворотов изображения: призма Амичи
автоматически сохраняет передаваемое Изображение в его нор-
203
мальном (прямом) положении. Совместные отклоняющие передви¬
жения обеих труб вызывают эффект „опрокидывания“ изображения,
который оптически компенсируется призмой Амичи.
Общее число линз, включая объектив камеры и добавочную
систему, — восемь. Субъективное поле зрения — 40°.
На рис. 138 дана часть снимка, сделанного (ручной камерой
с высоты 3200 м) и обработанная при помощи фотограмметриче¬
ского развертывания на описанном с?ереопланиграфе."; Масштаб
оригинала 1:2500, масштаб уменьшения 1:7700.
На описанной модели, кроме обработки простых стереограмм,
возможна совместная (сразу) обработка результатов съемки как
двухкамерным, так и четырехкамерным агрегатами, т. е. развер¬
тывание зараз 4 или соответственно 8 снимков.
2 04
Рис, 138,
Взаимное расположение камер (позитивных узловых точек их
объективов) и марок таково, что все четыре точки образуют
фигуру, проекции которой как на горизонтальную, так и на
вертикальную плоскость, проходящую через ось Л'-ов, воспроиз¬
водят параллелограм Цейсса.
Рис. 139.
Кроме рассмотренного стереоавтомата с оптическим про¬
ектированием следует упомянуть также и о других простран¬
ственных стереоавтоматах с механическим проектированием: аэро¬
картограф Цейсса и аэротопограф и автограф Вильда (рис. 139).
Особо следует отметить интересный тип упрощенного стерео¬
автомата для мелкомасштабных съемок — последнее оформление
(1932 г.) аэросимплекса Гугерсгофа. Прибор состоит из двух
небольших проекционных аппаратов с фокусным расстоянием
205
65 мм (для снимков размера 6 X 6 см\ отбрасывающих изобра¬
жения на матовый экран (стекло). Над горизонтально располо¬
женным матовым стеклом помещен бинокуляр, при посредстве
которого происходит обзор стереомодели. Прицельным приспо¬
соблением служат две измерительные марки, которые можнс
непосредственно перемещать над экраном. Вертикальное перемещение
обоих проекционных аппаратов (ножным диском) дает эффект
соответственных перемещений модели.
Г. Н. Вандель
Глава VII
ПОЛЕВЫЕ СЪЕМОЧНЫЕ ПРИБОРЫ ФОТОГРАММЕТРИИ
§ 1. Основные определения
Фотограмметрия (измерительная фотография — Bildmessung?,
Metrophotographie) составляет в теоретическом своем значении часть
геометрии, в прикладном же — преимущественно часть геодезии.
Задача фотограмметрии в общем случае состоит в отыскании
и решении аналитическим или графическим путей зависимостей,
существующих между пространственно расположенным объектом
и его центральными проекциями. Результат решения этих зависи¬
мостей должен быть представлен обычно в виде горизонтальной
и вертикальных ортогональных проекций объекта; следовательно
в прикладном значении задача фотограмметрии заключается
в реконструкции фотографического изображения объекта в плане
и профилях.
Реконструкция (развертывание, Auswertung, Restitution) может
производиться на основании либо одного либо двух и большего
числа фотографических снимков (см. гл. VI, § 1).
Каждый предназначенный для фотограмметрической рекон¬
струкции снимок должен удовлетворять следующим условиям:
1) снимок должен быть правильной центральной проекцией
объекта, т. е. объектив съемочного прибора должен верно изоб¬
ражать прямые и углы, составленные ими (см. гл. VI);
2) поверхность снимка должна быть по возможности близка
к геометрической плоскости (для наиболее точных фотограмметри¬
ческих работ применяются поэтому пластинки на зеркальном
стекле);
3) на каждом снимке должна быть с необходимой точностью
обозначена соответствующая моменту съемки „главная точка“ —
проекция „оптического центра“ на нормально расположенную
к оптической оси плоскость снимка;
4) должно быть известно с необходимой точностью кратчайшее
расстояние от центра главной плоскости объектива до поверхности
снимка.
Только удовлетворяющий всем этим требованиям фотографи¬
ческий снимок может быть назван „фотограммой“ и применен
в общем случае для реконструкции его фотограмметрическим путем.
Данными внутреннего ориентирования называются главная
точка фотограммы и величина фокусного расстояния, так как ими
определяется положение снимка относительно оптического центра
объектива. (Оптическим центром в фотограмметрии называют
совмещенные друг с другом обе узловые точки объектива.)
Данными внешнего ориентирования называются геометрические
величины, знание которых обеспечивает возможность осуществле¬
ния реконструкции фотограмметрическим путем; к ним относятся:
1) точка стояния — положение оптического центра объектива,
определяемое тремя координатами;
2) азимут направления оптической оси, на продолжении
которой лежит главная точка фотограммы;
3) угол наклона оптической оси, составленный продолженной
оптической осью с горизонтальной плоскостью, проходящей через
оптический центр, и измеряемый в плоскости главного вертикала;
4) угол крена, составленный вертикальной или горизонтальной
(что дает тот же угол) плоскостями снимка, проходящими через
оптический центр и главную точку, с соответственными верти¬
калью или горизонталью, т. е. угол, измеряющий поворот камеры
около ее оптической оси.
Определенные по данным внутреннего и внешнего ориентиро¬
вания лучи, соединяющие любые точки объекта с соответствующими
им точками его изображения, требуют еще определения истинного
своего положения. Для этого необходимо для каждой точки
изображения измеряемого объекта иметь второй луч, определяющий
своим пересечением с первым положение точки объекта в прЪ-
странстве (прямая засечка). Это необходимое условие осуще¬
ствляется съемкой того же объекта с другой точки стояния.
Таким образом для определения любой точки объекта необходимо
мметь минимально два снимка, сделанные с концов некоторого
базиса.
Величина горизонтальной проекции базиса и угол, составленный
пересекающимися в проекции между собой оптическими осями
двух камер (или одной, но в двух последовательных положениях
на концах базиса), — так называемый угол конвергенции—опре¬
деляют взаимное ориентирование камер. Иногда эти „данные
взаимного ориентирования“ относят также к данным внешнего
ориентирования.
При отсутствии данных внешнего и внутреннего ориенти¬
рования снимка его точку стояния и данные внутреннего ори¬
ентирования можно определить, пользуясь знанием взаимного
положения минимум 6 точек1, или же при знании внутренней
1 Finsterwalde г, Die Geometrische Grundlagen des Photogram*
mietrie, Jahresber. d. M. Math. Ver. VI, 2, § 21, 1898.
308
ориентировки и известном положении минимум 3 точек снимка
возможно определить его неизвестную внешнюю ориентировку.1
Однако решение в этом случае неполное, полным оно является
только при знании 4 точек. Указанные только - что задачи о 3 и 4
точках имеют большое значение в современной аэрофотосъемке.
Методы фотограмметрической реконструкции по снимкам-
фотограммам, использующие явление стереоскопического парал¬
лакса (см. гл. VI), составляют отдельную ее часть — стерео¬
фотограмметрию. Вся же фотограмметрия делится на наземную
и воздушную, или аэрофотограмметрию; в свою очередь и
в последней может быть выделена часть — воздушной стереофото-
грамметрической съемки.
§ 2. Наземные полевые приборы
1. Фотограмметр. Из основных положений следует, что
каждый снимок-фотограмма, независимо от используемого метода
фотограмметрической съемки, должен быть сделан таким „фото¬
аппаратом“, который бы обеспечил непосредственное или хотя бы
косвенное определение данных внутреннего и внешнего ориенти¬
рования с точностью, зависящей конечно от выбранного метода
съемки. Такой фотоаппарат может быть назван фотограмметром9
однако значение этого термина обычно суживают, понимая под
ним частный вид фотограмметрического полевого съемочного
прибора.
Тренога. Для осуществления горизонтальной установки опти¬
ческой оси фотограмметрических приборов обычно в соединении
с уровнем используется тренога с тремя установочными винтами
во всевозможных их видоизменениях, практикуемых в современ¬
ном геодезическом приборостроении.
Съемочный прибор должен иметь возможность вращения
около вертикальной оси, проходящей либо через оптический
центр объектива либо через центр тяжести подвижной части
прибора или близко к нему. Первое требование однако не яв¬
ляется обязательным, к тому же оно неизбежно приводит необ¬
ходимости балансирования подвижной части прибора добавочными
противовесами и потому ныне, кроме случаев применения увели¬
ченных значений фокусного^ расстояния, не соблюдается.
Основание прибора. К основанию с тремя установочными
винтами крепится различно оформляемыми переходными частями
фотокамера.
Фотокамера. Ввиду того что объекты съемки почти всегда
{исключением являются архитектурные, судебные, лабораторные
и тому подобные съемки) находятся на расстояниях, превышаю¬
щих оптическую бесконечность объектива, камеры имеют жесткий
1 Berichte d. Math.-Phys. k. Bayerische Akad. d. Wissenschaft XXXIII,
591—614, 1903.
14 Зак, S730. Слравочн. кн. оптико-механика. 209
корпу и постоянное положение объектива относительно плос¬
кости фотограммы. Точность положения объектива не превы¬
шает ±0,01 мм, вообще же говоря она должна соответствовать
выбранному методу.
Практикой фотограмметрических работ выработан целый
ряд способов проверки этого расстояния,1 служащих целям перио¬
дических проверок. В заводских условиях указанная юстировка
может быть произведена и другими способами, например помощью
точного гониометра или соответствующего коллиматорного
устройства. Обычно с этой проверкой соединяется и проверка
„координатных меток“, определяющих положение главной точки
фотограммы.
Координатные метки. Устройство для фиксации на каждом
снимке координатных меток представляет собой рамку, укреп¬
ленную на корпусе камеры неподвижно относительно оптического
центра объектива. Рамка имеет размеры в свету, несколько
меньшие формата пластинки, благодаря чему она может при
съемке фиксировать свое теневое изображение на фотограмме,
которое будет поэтому соответствовать моменту экспозиции.
Вид координатных меток в разных конструкциях различен.
В большинстве современных конструкций это — выступающие и
реже вырезанные треугольники в виде индексов (почему их так
иногда и называют). Обычно эти треугольники расположены по
серединам четырех сторон рамки. Каждую из таких меток делают
иногда в виде трех расположенных рядом треугольников, сред¬
ний из которых имеет кроме того в середине отверстие (диа¬
метром в 0,1 мм).
Взамен координатных меток применялось иногда и оптиче¬
ское устройство в виде четырех малых объективов, дающих на
фотограмме уменьшенное изображение непрозрачной точки, на¬
несенной в вершине сферы последней линзы объектива камеры;
с помощью объективов эта точка фокусировалась в плоскости
светочувствительного слоя.
Количество координатных меток иногда уменьшают до трех,
в этом случае две метки дают положение вертикали снимка,
а одна определяет горизонталь.
Для дополнительного освещения координатных меток иногда
пользуются системами отражающих маленьких зеркал или призм.
Для ночных работ применяют освещение отверстий отметок
светящимся составом или предварительное их освещение перед
съемкой.
Объективная доска. В некоторых наземных фотограмметри¬
ческих приборах объектив укреплен на подвижной объективной
доске, передвижение которой может быть отсчитано по шкале.
Однако в последних конструкциях, предназначенных для точных
1 См. например: инж. H. Н. Иванов, Стереофотометрия и т. д.,
Петроград 1923.
210
работ (в частности для всех стереофотограмметрических), от пе¬
редвижения объективной доски отказались, заменяя его установ¬
кой даже дублирующих объективов или же фиксированием
положения доски скачками помощью специальных устройств, что
объясняется большей надежностью таких способов. Точность
определения смещения оптической оси относительно главной
точки должна очевидно соответствовать точности отсчета по
осям У-ов снимка (т. е. с ошибкой не более =±z0,01 мм), а вообще
говоря зависеть от вы¬
бранного метода съем¬
ки.
кассеты. Для обе
спечения требующ«^
точности отсчетов по
осям X, У-ов фото¬
граммы относительно
главной точки, прини¬
маемой за начало си¬
стемы координат точек
изображения объекта
на снимке, пользуются
такой конструкцией
кассет, при которой
является возможность
прижатия пластинки
непосредственно перед
экспозицией к непод¬
вижной рамке с ко¬
ординатными метками.
Неправильная кон¬
струкция пружин, по¬
мещенных для этого
в кассете за пластин¬
кой, или же чересчур сильные пружины могут повлечь прогиб
плоскости фотограммы (до 0,12 мм). Прогиб при употреблении
обычных стеклянных пластинок не должен превосходить 0,02—
0,025 мм, что может быть допущено для обычных работ.
Механизм для прижимания пластинок, заключенных в кассете,
оформляется разными фирмами различно, не меняясь с принци¬
пиальной стороны. В приборах для наземных работ операция
выполняется от-руки съемщиком (рис. 140), в аэрофотограммет-
рических же приборах — автоматически.
Затворы. Объективы снабжаются обычными центральными
фотозатворами, позволяющими производить съемку как момен¬
тальную, так и „с выдержкой“. Иногда затворы заменяются
простыми крышками или заслонками, так как вследствие обяза¬
тельного применения при съемке светофильтров экспозиция редко
бывает короче 0,5 сек.
14* 211
Рис. 140.
Иногда объективы снабжаются ирисовыми диафрагмами.
Светофильтры. Светофильтры применяются обычного для
наземной фотопрактики устройства, с теми же избирательными
поглощениями, но повышенного качества в отношении ошибок
поверхностей (/? > 1000 м) и клина (£=^5"); стекло — окрашен¬
ное в массе.
Общие основные данные. Фокусные расстояния объективов —
в пределах от 100 до 1000 мм и даже 1200 мм в специальных
случаях (перископ-фототеодолиты).
Форматы снимков — 9X12 сму чаще всего 13X18 и иногда
18X24 см (следуют принятым стандартным размерам пластинок).
Наибольшие углы зрения объективов1 — 62—70°.
Приборы для наземной фотограмметрической съемки, имеющие:
1) неподвижную или же только перемещающуюся параллельно
самой себе оптическую ось и 2) возможность поворота опти¬
ческой оси только в горизонтальной плоскости, назы¬
ваются фотограмметрами. Они предназначены в большинстве
современных образцов только для специальных случаев съемки
(см. ниже стационарные приборы), для полевых же фотограм¬
метрических съемок они практически не применяются, уступив
место более совершенным приборам этого назначения — фото¬
теодолитам.
2. Фототеодолит. Как показывает уже само название, фото¬
теодолит представляет . собой соединение фотограмметра с теодо¬
литом. Такое соединение осуществляется различными способами:
1) разделенные фотограмметр и теодолит составляют один
комплект, при общей треноге с установочными винтами;
2) теодолит соответственно оформленной конструкции пред¬
ставляет нераздельное целое с фотограмметром;
3) раздельный теодолит устанавливается сверху на фотограм-
метре, с общей вертикальной осью вращения;
4) то же, что и в предыдущем случае, но с раздельно распо¬
ложенной зрительной трубой.
В качестве примера на рис. 141 дается вид стереофототео¬
долита для наземной съемки фирмы К. Цейсс, модель С/3 В с 3
объективами.
Угломерная часть. Конструкции угломерной части фототео¬
долитов весьма разнообразны и зависят от назначения прибора
и методов съемки, для которых последний предназначен.
Визирные устройства выполняются так же, как-и угломерная
часть, применительно к современному состоянию геодезического
приборостроения. Зрительные трубы (в виде земной или астро¬
номической труб) выполняются обычно с внутренней фокусиров¬
кой, с современными светосильными объективами (до 40—45 мм),
при небольшой общей длине и с одновременным отсчетом по
стеклянным кругам небольших диаметров. В фототеодолитах
1 Подробнее об объективах см. гл. X.
212
Цейсса применяются специальные трубы с автоколлимационным
устройством и призмами. Устройство исправительных винтов, осей,
цапф и лагеров, а также закрытых лимбов и алидад с отсчетными
микроскопами и лупами выполняется также применительно к
геодезическому полевому инструменту.
3. Фотоуниверсал. При возможности измерения как горизон¬
тальных, так и вертикальных углов фототеодолиты все же не
дают еще возможности производить съемку при наклонной опти¬
ческой оси, тогда как потребность в этом имеется (например при
Рис. 141. Рис. 142.
съемках в горных областях, облаков и др.). Этой цели служит
группа приборов, известных под названием фотоуниверсалов,
в остальном по своему устройству аналогичных разобранным уже
выше приборам.
Фотоуниверсалы могут быть подразделены на приборы: 1)
с внецентренной и 2) с центренной трубами. Первые наиболее
распространены и отличаются тем, что имеют зрительную трубу,
расположенную либо над, либо сбоку, либо (редко) под фото¬
камерой. При этом труба иногда делается съемной и перекладной.
Примером могут служить фотоуниверсалы фирм: Брейтгаупт,
Гейде-Гугерсгоф, Вильд (рис. 142). Фотоуниверсалы с центренной
трубой встречаются реже, несмотря на их несколько меньший
вес, обусловленный тем, что объектив фотокамеры у них одно¬
временно служит и объективом зрительной трубы. В таких фото¬
213
универсалах к рамке с координатными метками вместо кассеты
прижимается вставленная предварительно доска с укрепленным
в "ее центре окуляром. Совместно с объективом фотокамеры этим
самым образуется зрительная труба, визирная ось которой сов¬
падает с оптической осью фотокамеры. Эта возможность исполь¬
зована например в современной конструкции полевого экспе¬
диционного стереофототеодолита фирмы Цейсс С/4 (рис. 143).
Увеличение таких сложных труб обычно незначительно
(около 7х), точность отсчета — 0,5'.
Наклон визирной оси и оптической оси ка¬
меры может измеряться отсчетом по вертикаль¬
ному кругу или же в видах большей надежности
(рис. 142) фиксироваться скачками через опре¬
деленные интервалы (у Вильда — от 24° до 47°).
Так же как и фототеодолиты, фотоуниверсалы
делаются большей частью простыми, однако встре¬
чаются и репетициэнные.
4. Стереофотограмметрические приборы.
Описанные выше фотограмметрические приборы
обслуживают наземную съемку, однако не все
из них могут быть использованы для стереофото-
грамметрических работ, преимущественно потому,
что последние основаны на определении, по
парным стереофотограммам для каждой точки
изображения, так называемого линейного стерео-
скопического параллакса, имеющего для наи¬
более удаленных точек объекта весьма малые
величины (до 0,01 мм), от точности измерения которых главным
образом зависит точность съемки в целом.1
Поэтому следует в полевых фотограмметрических приборах
отличать те, которые могуг обслуживать стереофотограмметри-
ческую съемку. Отличия эти следующие:
1) более точный отсчет и измерение по координатным меткам
главной точки фотограммы;
2) возможность проверок, после вложения кассеты, положения
прибора относительно горизонта, точки стояния и азимута на¬
правления оптической оси;
3) возможность установки прибора (обычно левого) по преды¬
дущей точке стояния, с точностью до 10", в одной плоскости
и контроль добавочными поправками в установке непосредственно
перед съемкой.
Комплект стереофотограмметрияеских приборов. В комплект
приборов для стереофотограмметрической наземной съемки входят:
3 треноги, фототеодолит (или фотоуниверсал), визирное острие
1 Все имеющиеся выше в тексте указания о точности работы отдельных
частей относятся именно к стереофэтограмметрическим приборам, как
могущим удов отворить полностью все требования к фотограмметри¬
ческим полевым приборам вообще.
214
Рис. 143.
со щитками, базисная рейка (1 или 3 м) и специальный ориенти¬
ровочный столик для предварительных рекогносцировочных работ
перед съемкой.
5. Панорамные фотограмметры. Эти приборы предназначены
для производства панорамных съемок, имеющих выгоды: 1) умень¬
шения времени полевых работ, 2) упрощения измерения таких
фотограмм и 3) упрощения внешней ориентировки. Однако они
не способны удовлетворять требующейся точности современных
фотограмметрических работ и потому применяются только в специ¬
альных случаях.
Приборы этой группы разработаны на основе двух принципи¬
альных решений.
1. Съемка панорамы производится на фильм, расположенный
по боковой поверхности цилиндра, на оси которого вращается
равномерно объектив (около задней узловой точки). Это принцип
Моессара, осуществленный в циландрографе (1892 г.) и ныне вновь
оформленный фирмой Цейсс на основе современных успехов фото¬
грамметрического приборостроения.1
2. Фильм перематывается в кассете с одной катушки на другую
помощью часового механизма, и одновременно тем же механизмом
весь прибор поворачивается около вертикальной оси, проходящей
около той же задней узловой точки объектива. Это принцип
Дамузо (1893 г.), осуществленный в циклографе.
1 Подробности см. Bildmessung und Luftbildwesen, № 1, 2^, март 1933.
215
Рис. 144.
Затворы у таких приборов — щелевые, и шириной щели, а также
скоростью вращения прибора или пробега шторки обусловливается
продолжительность экспозиции. Скорость эта в приборе Цейсса —
0,58 м/сек.
Интересное в оптическом отношении решение дано в 90-х годах
Манженом в приборе под названием периграф (рис. 144).
§ 3. Стационарные съемочные приборы
Следующая группа приборов предназначена для стационарных
работ либо в полевых либо в лабораторных условиях.
1. Стереофототеодолиты для морских полигонов. Прежде
всего укажем на парную установку стереофототеодолитов для работ
на морских полигонах. От обычных приборов
рассматриваемые отличаются тем, что в комп¬
лект входят всегда два прибора, во всем схожие,
причем главное внимание должно быть обра¬
щено на равенство фокусных расстояний
(А/^5 0,02 мм), которые в этих случаях имеют
большую длину, чем обычно. Ввиду того, что
установка этих приборов предварительно тща¬
тельно проверяется геодезическими приборами,
надобность в наличии при них , постоянных
угломерных устройств отпадает, и потому они
заменяются простейшими зрительными трубами.
Наконец ввиду увеличенной длины каждого
прибора является необходимой балансировка
их противовесами.
2. Вертикальные фототеодолиты. Иное
устройство придано военным установкам, при¬
менявшимся для целей корректирования стрельбы
сверхтяжелой артиллерии из-за закрытий, для
чего они имели вертикальную оптическую ось,
повернутую на 90° (дах,-призмой перед объекти¬
вом), репетиционное устройство и зрительную
трубу с пентапризмой; фокусное расстояние
объективов равнялось 1000 и даже 1200 мм (рис. 145). Подоб¬
ные же установки (но с /=60 мм) использовались с теми же
целями в позиционной войне и в полевой артиллерии.
Фирмой Герц были выпущены во время империалистической
войны установки парных приборов, успешно применяемые для
составления баллистических таблиц для зенитной артиллерии и для
определения траекторий снарядов и аэробомб. Эти приборы так же
имели вертикально расположенные оптические оси (но без призм)
и электрические приводы к затворам, соединенным с хронографом*
3. Фототеодолит для съемки береговой полосы. Далее сле¬
дует отметить фотограмметры фирмы Гейде, предназначенные для
съемки береговой полосы, с характерным устройством отвеса, сое¬
216
Рис. 145.
диненным с возможностью одновременной съемки горизонта вод¬
ной поверхности, чем упрощается ^последующая камеральная обра¬
ботка. Этой же цели служат и парные установки стереофототеодолитов^
на судах, используемых как основание для постоянного базиса. Так же
как и полигонные приборы, они снабжены электрическим приводом
к моментальным затворам для возможности одновременной съемки.
Кроме того следует упомянуть об успешном использовании
парных приборов для целей съемки волн (для судостроения), съемки
перепадов потоков (например на гидроэлектрических станциях),
съемки памятников старины и других целей.
4. Стереометры. Наконец имеются лабораторные приборы
с разными постоянными базами и переменными фокусными рас¬
стояниями для астрономических работ, рентгенометрии, для съемки
деформаций (мостов,дирижаблей и других крупных сооружений).Фир¬
мой Цейсс строятся приборы, специально предназначенные для таких
работ—стереометры. Они отличаются в основном наличием перед¬
ней, подвижной по направлению оптической оси объективной доски,
с двумя укрепленными на ней объективами (/^ = = 150 мм)
с постоянной базой в 70 мм и с автоматическим фиксированием
точного значения сопряженного фокусного расстояния. Диапазон
расстояний до объекта съемки начинается с 0,5 м.
Круг применения такого прибора—исследования в области
археологии, антропологии, зоологии, биологии и других областях
естествознания.
Подобные же приборы строятся фирмой Цейсс с переменными
базисами в 25, 37,5 и 50 мм, фирмой же Гейде — для постоянного
базиса в 100 см\ таким образом для лабораторных целей, в зави¬
симости от величины объектов, требующейся точности результатов
и других условий, имеется выбор базиса от 7 до 100 см.
§ 4. Аэрофотограмметрические приборы
1. Классификация аэрофотоаппаратов. Следующей крупной
группой являются приборы, предназначенные для производства
аэрофотосъемки (аэрофотографических, аэрофотограмметрических
работ). Они делятся по разнообразным признакам. Наиболее удобна
следующая классификация:
1) приборы, предназначенные для съемки с приближённо вер¬
тикальной оптической осью (плановая аэрофотосъемка);
2) приборы, предназначенные для съемки с наклонной опти¬
ческой осью (перспективная аэрофотосъемка);
3) промежуточная группа — многокамерные приборы, имеющие
несколько камер и объективов с осями, расположенными одновре¬
менно и вертикально и наклонно.
В целях удобства изложения возможно выделить в четвертую
группу специальные приборы.
Все полевые съемочные аэрофотограммефические приборы носят
название аэрофотоаппаратов. В случае многокамерной конструк-
217
дии каждая составляющая ее часть носит название камеры. На этом
основании часто называют и каждую самостоятельную единицу
.аэрофотокамерой.
В силу быстрого движения воздушных судов, служащих для
яэрофотоаппаратов платформой, потребовалось создание автомати¬
ческих приборов. Поэтому часто применяется деление аэрофото-
яппаратов на: 1) автоматические, 2) полуавтоматические, 3) неавто¬
матические.
По величине фокусного расстояния объективов, которыми
снабжаются аэрофотоаппараты, последние могут делиться на:
1) длиннофокусные и 2) короткофокусные. Границей, разделяющей
эти две группы, служит /=250 мм, которое, как известно, дает
так называемую нормальную перспективу.
Применительно к последнему признаку по величине масштаба
.снимков аэрофотоаппараты могут быть разделены на: 1) крупно¬
масштабные (/— 300 мм)} 2) среднемасштабные (f— 180—300 мм)
и 3) мелкомасштабные (/=180 мм).
2. Основные части адрофотоаппарата. Каждый аэрофото-
лппарат состоит из следующих основных частей: 1) корпус камеры,
.2) объектив, 3) затвор, 4) пластиночный магазин или пленочная
кассета.
К этим основным частям могут полагаться следующие дополни¬
тельные устройства: 1) интервалометр (автоматическое спусковое
устройство), 2) двигатель, 3) аэрофотоустановка, 4) аэрофотовизир,
5) контрольное и вспомогательное оборудование.
Состав аэрофотосъемочных установок. Аэрофотоаппарат
совместно с дополнительными устройствами (всеми или некоторыми
из перечисленных — в зависимости' от назначения и оформления,
приданного им в производстве) составляет аэрофотосъемочную
установку.
Корпус камеры. Корпус камеры, так же как и большинство
частей аэрофотоаппаратов, делается из легких металлов, большей
частью путем литья или сочетанием листового материала с литыми
частями (объективная доска и основная рамка).
Объектив. Развитие аэрофотограмметрических методов съемки
привело к постройке сцециальных объективов, в основном характе¬
ризующихся: 1) светосилой, не меньшей 1:4,5; 2) фокусным рас¬
стоянием— от 50 до 500 мм и даже до 1000—1200 мм\ 3) углом'
зрения—до 62°, с тенденцией увеличения до предельно достижи¬
мых значений (80°, а в!специальных случаях до 120° и даже до 210°,
см. гл. X). Объективы большей частью диафрагм не имеют и оправ¬
ляются в оригинальные оправы, допускающие удобную фокусировку
их в камере.
Затвор. Аэрофотоаппараты снабжаются затворами, которые
характеризуются в основном следующими качествами: 1) экспози¬
цией— от 1/б0 до ^260 сек- и Даже Д° V4оо сек/> коэфийиентом
полезного действия (отношение прошедшего через затвор коли¬
чества света к падающему) — от 0,6 до 0,9; 3) одновременным
-1218
и равным по времени освещением всех точек изображения; 4) не¬
зависимостью действия от температуры в диапазоне от -j- 40° до—50°;
5) взаимозаменяемостью без нарушения юстировки прибора.
По типу различаются следующие затворы:
1) центральные (применяются чаще всего), которые, однако,
при хорошей равномерности освещения и к. п. д., имеют сравни¬
тельно невысокие скорости (до 1/160 сек. у шарового затвора Цейсса
при к. п. д. 0,87) и отличаются осложненной сменяемостью и зави¬
симостью от величины отверстия (диаметр — 50—60 мм)\
2) типа жалюзи, у которых в поле отверстия объектива
поворачивается одновременно около своих продольных осей ряд
узких пластинок; эти затворы отличаются своими высокими скоро¬
стями (до 1/400 сек.), независимостью от отверстия объектива
и легкой сменяемостью при невысоком к. п. д. (до 0,6);
3) дисковые, к недостаткам которых следует отнести слишком
большой габарит однако при значительных скоростях (до 1/400 сек.)
и высоком к. п. д. (до 0,94).
Щелевые и шторные затворы ныне почти вытеснены указан¬
ными выше типами, так как, несмотря на высокий к. п. д. (до 0,9),
они искажают изображение и сильно подвержены влиянию темпе¬
ратуры, часто вовсе отказывая в работе.
Магазины и кассеты. Для смены снятой пластинки на свежую
в аэрофотоаппаратах пользуются пластиночными магазинами. Для
тех же целей при работе с пленкой пользуются кассетами. Емкость
магазинов колеблется от 6—12 до 50 штук пластинок размером
от 13 X 18 до 18 X 24 см.
За исключением перспективной аэрофотосъемки, пластиночные
магазины (в особенности большой емкости) с появлением недефор-
мирующегося фильма, почти полностью удовлетворяющего всем
техническим требованиям, вытеснены ныне из употребления пле¬
ночными кассетами.
Каждая пленочная кассета состоит в основном из корпуса
с крышкой, рамки (внизу), прилегающей к основной рамке кор¬
пуса камеры, 2 катушек (сматывающей и наматывающей) и при¬
жимного и перематывающего пленку механизма.
Особенностью пленочных кассет является выравнивающее пленку
устройство, имеющее своей целью создать плоскостность ее во время
экспозиции; в остальное время рабочего периода пленка во всех
современных конструкциях кассет остается свободной.
Выравнивающее пленку устройство имеет четыре принципиаль¬
ные схемы решения:
1) разрежение воздуха в закрытом пространстве за пленкой,
находящейся перед перфорированной по определенной закономер¬
ности доской и либо укрепленной неподвижно в фокусной плоскости
объектива аэрофотоаппарата (Кодак), либо же передвигающейся
в эту плоскость к моменту экспозиции;
2) то же устройство с нагнетанием воздуха в пространство
камерь? перед пленкой (Цейсс);
219
3) натяжение пленки рамкой, подобно барабану, относительна
подвижной доски (Лабрелли);
4) прижимание пленки к плоскопараллельному стеклу, на кото¬
ром тогда обычно изображены и координатные метки.
Все указанные способы имеют в настоящее время распростра¬
нение, почему выбор того или иного решения зависит от назначе¬
ния аэрофотоаппарата.
Наличие обособленной пленочной кассеты вовсе необязательно.
Последняя может составлять и часть корпуса камеры, благодаря тому
что каждая катушка аэропленок имеет укупорку в виде намотанной
в конце пленки ленты (1,5—2 м) черной непрозрачной бумаги.
В этом случае получается выигрыш в весе и габарите аэрофото¬
аппарата, а также в устойчивости в полете (как следствие действия
горизонтальных слагающих ускорения; кроме того таким устрой¬
ством достигается и преимущество практически неограниченного
запаса светочувствительного материала. Емкость сменных пленочных
кассет колеблется от 100 до 300, а иногда даже до 700 снимков.
Нормы для аэропленки и пластинок. При данном формате
снимка емкость пленочной кассеты обусловливается нормированной
длиной фильма, равной по DIN 7, 5, 15, 30, 60 и 120 му при
толщине ее в 0,18 мм, хотя следует отметить, что толщина фильма
в действительности колеблется, а по данным фирмы Цейсс она
равна 0,16 мм. Ширина пленки нормирована по DIN в 130“0,3
и 120“0,3 мЯ.
Пластинки имеют нормы по DIN только для формата 13 X 18-
с допуском на стороны ± 0,5 мм и толщину в 2“0,5 мм.
В силу увеличения диаметра наматывающей катушки с каждым,
последующим снимком, одному и тому же формату снимка (обычна
его длине, или безразлично, если его формат имеет стороны*,
относящиеся как 1:1, что ныне встречается все чаще) вместе
с промежутком (от 8 до 12 мм) между двумя соседними будут
соответствовать все уменьшающиеся угловые скорости вращения
катушки. Поэтому приходится: либо 1) вводить фрикционное сое¬
динение (наиболее часто встречающийся способ), либо 2) прибе¬
гать к специальному механизму для закономерного изменения угло¬
вой скорости вращения катушки (Цейсс, Гейде и др.), либо наконец.
3) оставлять промежуток между снимками переменным, что однако
приводит к потере (до 30%) пленки и тем самым уменьшает емкость
кассеты. Перфорированный фильм позволяет отказаться от пользо¬
вания такими устройствами.
3. Дополнительные устройства. Интервалометры. Автоматизм
аэрофотоаппарата привел к необходимости иметь устройство либо
составляющее одно целое с камерой либо выделенное в самостоя¬
тельную единицу (но входящее в таком случае в комплект аэро-
фотосъемочной установки), назначением которого является измене¬
ние длительности интервала времени между двумя смежными экспо¬
зициям«. Интервал этот, меняясь примерно от 3 до 80 сек., зави¬
220
сит от: 1) скорости полета, 2) желаемого перекрытия, обычно
колеблющегося от 30 до 60%> 3) фокусного расстояния объектива
и 4) высоты полета.
В выделенном состоянии такое устройство носит название интер-
валометра и представляет собой осуществление одного из следую¬
щих конструктивных принципов:
1) контролирующий часовой механизм (Нистри, Игль и др.)
с возможностью непрерывного изменения значения интервала;
2) род коробки скоростей с регулировкой интервала скачками
(Цейсс и др.);
3) механизм, в котором изменение интервала непрерывно
регулируется числом оборотов двигателя, с одновременным исполь¬
зованием переключения скорости (обычно одной) или без переклю¬
чения.
Двигатели. Для автоматических приборов применяются следую¬
щие типы двигателей.
1. Воздушный винт—„ветрянка“—с переменным шагом для
регулирования числа оборотов (обычно в пределах до 1:10),
использующий энергию встречного потока воздуха. Число оборо¬
тов вала винта меняется обычно от 1000 до 6000 об./мин. (Цейсс),
однако имеются винты даже до 12 000 об./мин., обладающие
практически достаточной устойчивостью своего режима (до 1%).
Винты с постоянным щагом или же воздушные турбины ныне почти
вышли из употребления.
2. Электродвигатели, получающие все большее распространение,
причем, встречаются установки (Файрчайльд), использующие ряд
электродвигателей в одном комплекте. Напряжение этих моторов
обычно стандартное (12V), а мощность не превосходит 70W в са¬
мых крупных установках.
3. Пружинные моторы, ныне находящие себе применение только
в специальных случаях.
4. Использование энергии авиадвигателя непосредственно с его
вала, применявшееся только в единичных случаях и всегда с малым
успехом.
Имеются перспективы использования энергии сжатого воз¬
духа.
Аэрофотоустановка. Аэрофотоаппарат, не предназначенный
для съемки прямо с рук, соединяется с платформой воздушного
судна помощью устройства, называемого аэрофотоустановкой.
Устройство это имеет своим назначением придать аэрофото¬
камере заданное положение оптической оси и предохранить ее от
колебаний и вибраций платформы, либо поглощая либо транс¬
формируя их (в прямолинейное движение, менее вредное).
Для введения поправки на угол сноса, обусловленный движе¬
нием самолета по равнодействующей двух слагающих (собствен¬
ной скорости его и скорости ветра), аэрофотоустановка должна или
допускать возможность поворота аэрофотоаппарата около оптиче¬
ской оси или поворачиваться сама (до zt 25—40°). Поправка на
221
угол сноса имеет целью достижение взаимно параллельного нало¬
жения всех снимков маршрута к курсу самолета.
Аэрофотоустановки различаются, помимо назначения (для пла¬
новой или перспективной съемки), еще по местоположению центра
тяжести относительно плоскости крепления системы, когда послед¬
няя свободно висит, связанная только демпфрирующим ее колеба¬
ния устройством (Бро^к), или же когда она опирается через
амортизацию на аэрофотоустановку. Центр тяжести аэрофото¬
аппарата выгоднее всего располагать либо в плоскости его кре¬
пления к аэрофотоустановке либо же несколько ниже (5—10 мм)
с целью увеличения периода колебания системы.
Для амортизации применяются:
1) резиновые муфты, укрепляемые в точках опоры аэрофото¬
установки, либо на платформе либо на бортах кабины;
2) резиновые пневматики с постоянно поддерживаемым давле¬
нием, находимым опытом для данной системы;
3) пружинная амортизация (Цейсс) со спиральными пружинами,
имеющими большой период собственных колебаний, не совпадающий
с периодом системы и самолета.
Аэрофотовизир. Для целей контроля: 1) процента перекрытия
снимков (интервала) и покрываемой каждым снимком площади,
2) ориентирования курса самолета относительно объекта съемки
и 3) определения угла сноса — применяется прибор под названием
аэрофотовизир.
Аэрофотовизиры делаются двух типов: оптические и неопти¬
ческие.
Оптический визир представляет собой две перевернутые
объективами друг к другу земные зрительные трубы, в фокальной
плоскости объектива и окуляра которых (типа Эрфле) ставятся
фокусный уровень и сетка с разграфкой (обычно содержащей
курсовую черту с делениями на ней, обозначающими процент пе¬
рекрытия крестом в середине и кружком допустимых угловых
отклонений пузырька уровня, в границах снимка). .Перед объекти¬
вом такого визира ставятся либо призма-клин с малым углом, от¬
клоняющим весь пучок вперед по направлению полета (Цейсс)*
либо же две подвижные призмы, позволяющие разделять пучок
натри части так, что при угле зрения в/72° становятся видимыми
средняя часть и диаметрально' (по направлению полета) противо¬
положные части горизонта (Альдис). В поле зрения трубы дви¬
гаются с некоторой скоростью (зависящей от фокусного расстоя¬
ния окуляра) указатели, получающие движение от двигателя
аэрофотоаппарата (следовательно синхронное с ним). Когда види¬
мая в поле зрения трубы скорость движения объекта совпадает
со скоростью движения указателей, интервал очевидно равен тре¬
бующемуся для данных условий.
Кроме только-что описанной конструкции оптического аэро¬
фотовизира, ряд фирм (Файрчайльд, Гейде и др.) строит его в виде
проекционной системы, используя светосильные объективы (1:3 и
222
больше) совместно с матовым стеклом, причем в поле зрения
двигаются, подобно указанному выше, указатели и так же син¬
хронно с двигателем аэрофотоаппарата.
Недостатком обоих этих устройств является их ограниченное
поле зрения (соответственно 72° и 60°), стесняющее работу
с самолета. Поэтому имеют применение и неоптические устройства,
которые в основном походят на обычные визиры земных фотока¬
мер (иконометры) и носят название рамочных аэрофотовизиров*
Для решения задач,
указанных выше, они
снабжаются иногда
подвижными указате¬
лями. Простыми рамоч¬
ными визирами снабжа¬
ются все ручные аэро¬
фотокамеры для пер¬
спективной съемки.
Задача продолже¬
ния параллельного кур¬
са по заданному на¬
правлению решается
специальными аэрона¬
вигационными прибо¬
рами путем графиче¬
ского нанесения на
карту проекции пути
самолета (прибор „Quo
vadis* фирмы Гейде).
В этой области радикального решения еще не найдено, и само¬
летовождение почти целиком зависит от опыта летно-съемочного^
персонала.
4. Комплектование аэрофотосъемочных установок, а) Пер¬
спективные аэрофотокамеры. Указанные выше части и устройства
в разнообразных сочетаниях составляют комплект аэрофотосъемоч-
ной установки. Например для перспективной съемки применяется
ручная аэрофотокамера, не требующая аэрофотоустановки (послед¬
няя заменена имеющимися по бокам камеры двумя рукоятками,
если фокусное расстояние, габарит и вес не заставляют прибег¬
нуть к помощи специальной аэрофотоустановки для перспективной
съемки); не требуется для них также двигателей, интервалометров
или сложных аэрофотовизиров. Вес перспективных аэрофотока¬
мер колеблется: ручных— от 7 до 12 кг, с аэрофотоустановкой —
до 20 — 25 кг.
б) Аэрофотоаппараты для плановой аэрофотосъемки. К пе¬
реходной группе автоматических аэрофотоаппаратов, предназна¬
ченных для плановой аэрофотосъемки, относятся образцы аэрофото¬
аппаратов, пригодных для производства обоих видов съемки (плано¬
вой и перспективной). Такие аэрофотоаппараты уже в комплекте снаб-
22 3
Рис. 146.
*жаются специальной аэрофотоустановкой, но лишены все же дви¬
гателя и интервалометра или заменяющего его устройства и
снабжаются обычно простыми рамочными визирами (Цейсс, Вильд
и др.) (рис. 146).
Вес полной аэрофотосъемочной установки с автоматическим аэро¬
фотоаппаратом колеблется от 25 до 35 кг. В полные установки уже
входят нормально все указанные выше части и устройства, либо в обо¬
собленном либо в конструктивно объединенном виде. (рис. 147).
в) Многокамерные аэрофотоаппараты. Многокамерные аэро¬
фотоаппараты составляют группу приборов, предназначенных
для производства мелкомасштабных съемок. Эти приборы впер¬
вые появились еще в 90-х годах прошлого столетия (Шеймпфлуг,
Тилле)? остановились затем в своем развитии и ныне (в 20-х
годах).
возрождены вновь в ряде современных приборов: Баглей-Файр-
чайльд — 3-камерные, Цейсс — 4-камерные, Ашенбреннер и Дробы-
шев — 9-камерные, и др.
Обычно в этих аэрофотоаппаратах бдна из камер имеет вер¬
тикальную (в идеальном рабочем положении) оптическую ось,
а остальные камеры — одинаково наклонные к ней (45° у Дробы-
шева, 54° у Ашенбрен-нера).
Агрегаты, представляющие простое соединение двух нормаль¬
ных автоматических аэрофотокамер с наклоншами друг к другу
осями и общими дополнительными устройствами, дальнейшего
развития не получили и, строго говоря, не могут называться
многокамерными аэрофотоаппаратами.
Несколько отличным решением этого рода конструкций явля¬
ются так называемые качающиеся установки аэрофотоаппарата
(Цейсс, Гейде). Автоматически или неавтоматически в них одна и
та ,же аэрофотокамера делает последовательный ряд снимков
в трех положениях: двух наклонных и одном вертикальном, или
224
Рис. 147.
же только в двух наклонных. Смысл такого решения заключается
в увеличении единовременно снимаемой за один полет площади.
Иногда для отклонения оптических осей объективов отдельных
камер пользуются призмами; так например у 9-камерного аэро¬
фотоаппарата Ашенбреннера использована призма, отклоняющая
оптические оси 8 объективов на угол в 54°. Это дает возможность
сохранить параллельное расположение всех 9 осей и поэтому поль¬
зоваться одной кассетой (18X18 см — формат снимка) и общим
затвором. Такой снимок один эквивалентен при /=53,5 мм
снимку, сделанному объективом с углом зрения в 140°.
Вес многокамерных аэрофотоаппаратов колеблется в пределах
от 45 до 80 кг.
г) Специальные типы аэрофотоаппаратов. К группе специаль¬
ных аэрофотоаппаратов, помимо указанных уже качающихся аэро¬
фотокамер, могут быть отнесены также широкополосные аэрофо-
токамеры, работающие с призмой (подобной призме Ашенбрен¬
нера) по принципу „качающихся“, но при постоянном вертикаль¬
ном положении оптической оси. К этой же группе относятся аэро¬
фотоаппараты для спектрометрических работ (с 4 одинаковыми
объективами, но раздельными пластинками), аэрофотоаппараты для
ночных аэрофотосъемок, для съемок с привязных аэростатов, для
съемки инфракрасным^ лучами и др.
15 З&к. 3739. Справочн. кн. онтжко-мехалжк».
A. H. Бурого
Глава VIII
ПРИБОРЫ ДЛЯ АСТРОГЕОДЕЗИИ, МОРЕХОДНОЙ НАВИГА¬
ЦИИ, АЭРОЛОГИИ И АВИАТЕХНИКИ
А. АСТРОГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ
(инструменты для астрономо-геодезических
определений, приборы мореходной астро¬
номии и некоторые другие)
§ 1. Основные определения и назначение
Для решения ряда, практических задач, необходимых геодезии,,
высшей (триангуляция) и низшей (топография, землеустройство),
задач мореходства, воздухоплавания или наконец при проведении
каких-либо экспедиций, изысканий и пр. необходимо с той или
иной степенью точности определить положение точек (место
наблюдения) на земном шаре или установить направление данной
линии относительно истинного земного меридиана.
Положение точек на земле, как некоем геометрическом теле
(геоиде), определяется сферическими координатами. Другими
словами место наблюдения полностью определяется его reqrpa-
фической широтой и долготой.
Эти величины вычисляются путем наблюдения небесных светил
(высоты, склонение и др.). Таким образом определение положения
точек на земл^ осуществляется вне зависимости от других земных
точек, а непосредственно как бы опирается на неизменные для
земли точки небесного свода, которые ранее определены задачами
общей астрономии.
Перечисленные выше наблюдения производятся специальными
инструментами, которые служат как бы орудиями действительной
связи результатов работ астрометрии с земной геодезией, перенося
их в практическую земную действительность. Поэтому такие
инструменты можно выделить в отдельную группу астрогеодези¬
ческих.
Эти приборы должны удовлетворять следующим требованиям:
1) легкость и портативность (что важно при перевозках); 2) прос-
тота и удобство в обращении, с возможностью быстрого и лег¬
кого производства отсчетов; 3) наличие устройства для освещения
сетки нитей и отсчетов при ночных наблюдениях; 4) наличие
защитных стекол при наблюдениях солнца; 5) некоторые особые
свойства, вытекающие из своеобразных условий эксплоатацив
(например наблюдение „с рук“ при неустойчивом основании и др.).
Астрогеодезические приборы можно разбить на ряд групп.
§ 2. Угломерные инструменты и принадлежности к ним
Универсальные теодолиты для астрономо-геодезических наблю¬
дений широты, времени, долготы и истинных азимутов. Конструк¬
тивные особенности их и принцип действия см. в гл. V и IX.
В комплект этого инструмента (теодолиты 1', 30", 20" 10", 5", 2" и 1")
могут входить следующие принадлежности (соответственно наз¬
начению).
а) Накладной уровень (рис. 148). Цилиндрический уровень
(с самостоятельными исправительными винтами) по точности дол¬
жен быть выше, чем имеющиеся обычно уровни на алидаде или
трубе. Лагерами — подставками — уровень накладывается на гори¬
зонтальную ось вращения трубы теодолита.
б) Осветительное устройство сетки нитей и делений для
производства ночных наблюдений светил. Оно может быть электри¬
ческое, со специальным устройством трубы (схема рис. 149), или
например в виде специальной насадки на объектив для другого
какого-либо освещения, действующей путем отражения света от
ободков (рис. 150). Деления же лимбов освещаются или непосред¬
ственно или при помощи специального несложного устройства.
в) Окулярные призмы для возможности делать наблюдения
в зените или вблизи него. Прямоугольная призма в оправе наде¬
вается на окуляр трубы. Кроме того — в случае конструкции
теодолита типа Вильда с отсчетной трубкой параллельно зри¬
тельной трубе — такая же насадка должна быть предусмотрена
и для этой трубки (рис. 151).
г) Защитные окрашенные стекла (светофильтры) при опреде¬
лении широты или азимута по солнцу (наблюдение высоты его).
Рис. 148.
Рис. 149.
Рис. 150.
227
Надеваются непосредственно на окуляр или окулярную призму.
Кроме того может применяться так называемый солнечный экран.
Это устройство приспосабливается на стержне к окуляру и со¬
стоит из матового белого экрана, уста¬
новленного перпендикулярно к оптиче¬
ской оси трубы (за окуляром).
д) Устройство с поправочной приз¬
мой для определения истинного азимута
по Полярной звезде, а также широты
и местного времени.1 Это устройство,
в виде отдельного приспособления, на¬
девается на объектив трубы, напри¬
мер V теодолита (рис. 152 а и б), и
состоит из оправы с призмой, прелом¬
ляющий угол которой равен около 2°,
установленной в специальном соответ¬
ствии с линейкой AB. Эта линейка при
наблюдении ставится в направление по
заранее выбранным звездам. Прелом¬
ляющий угол призмы вычисляется в зависимости от сорта стекла и
с учетом того времени (отстояние Полярной звезды от места полюса),
на которое изготовлена призма (период правильного действия ее—
около 2 лет). Призма отклоняет лучи Полярной звезды к полюсу,
и это дает возможность непосредственно установить визирную
Рис. 151.
ось трубы прямо на полюс мира. По данным американской
инструкции точность определения с такой насадкой равна 1 мин.
дуги.
1 Применяется в Америке и в СССР вводится в приборе
Ветчинкина-Волкова для одновременного определения широты и местного
времени (ЦАГИ, вып. 64; Н. Д. У рмае в, Геодезист, № 1, 1927).
228
Рис. 152а.
Рис. 1526.
Гелиотроп — отражательный прибор для подачи световых сигна¬
лов, фиксирующий данную точку, на которой он установлен, для
возможности ясного наблюдения ее с другой точки, откуда про¬
изводится визирование. Употребляется в работах высшей Геодезии
(например триангуляциях) и др. в тех именно случаях, j когда
возникает необходимость при больших расстояниях точно отнаблю-
дать данную земную точку (при помощи например универсала).
Наблюдаемый пункт кажется ярко сверкающей светящейся точкой,
благодаря тому что отраженное изображение солнца (т. е.„зайчик“ его)
от главного зеркала гелиотропа направляется прямо на наблюдателя.
Рис. 153.
Гелиотроп по Бертраму показан на рис. 153. Главное отра¬
жательное зеркало при помощи специального микрометренного
устройства может поворачиваться и следить за солнцем, посылая
лучи по направлению, определенному вспомогательными целиками-
визирами. Кроме того имеется зрительная труба для ориентиро¬
вания. Зеркало, визиры и труба расположены на специальной
платформе. Существует несколько конструкций гелиотропов, однако
идея их одинакова.
§ 3. Наблюдательные приборы специального назначения
Призменная астролябия (рис. 154, модель фирмы Сарториус-
Верке) или прибор со специальной насадочной призмой. Упо¬
требляются при наблюдениях методом равных высот светил, при
определении места зенита местности для широты и времени (по¬
следнее совместно с определениями по хронометру). Кроме того
можно производить определение долготы путем специально по¬
ставленных наблюдений прохождений луны относительно близко
стоящих звезд.
Главнейшие составные части, из которых слагается призменная
астролябия (и которые собственно и характеризуют этот инстру¬
мент): 1) зрительная труба с горизонтально направленной опти¬
ческой осью; 2) искусственный горизонт (диск-кювета со ртутью),
находящийся непосредственно под объективом; 3) трехгранная
229
призма с углами, равными 30°, приспособленная к объективу трубы,
так что одна грань принимает лучи света, идущие от данного
светила непосредственно, а другая — лучи от того же светила, но
отраженные от плоскости искусственного горизонта. Оба изобра¬
жения светила посылаются в объектив трубы. Ребра призмы
должны быть горизонтальны. Положение призмы контролируется
ак^околлимационной установкой с осветителем. Точность изгото¬
вления углов призмы равна dtlO". Труба, призма и кювета со
ртутью установлены на специальной подставке с вертикальными
осями, лимбом и подъемными винтами.
Рис. 154.
При наблюдениях отмечается время по хронометру в момент,
когда в поле зрения трубы два изображения светила совмещаются,
т. е. в момент когда зенитное расстояние звезды равно 30°. Весь
инструмент должен неподвижно стоять или на специальной тумбе
или на треножнике.
Призменная насадка к теодолиту представляет собой упро¬
щенную конструкцию выше описанного прибора. Призма и кювета
со ртутью, соединенные в одной компактной насадку, приспосаб¬
ливаются к объективу теодолита. На рис. 155 показана такая
яасадка фирмы Вильд. В конструкции этой насадки имеется спе¬
циальное заградительное устройство для ртути от ветра и пыли.
Соляр — прибор для определения направления истинного ме¬
ридиана (и азимута) по наблюдению солнца. Необходимые зна¬
чения истинного азимута получаются механическим путем. Прибор
имеет большое применение в работах американской геодезической
230
практики средней точности. Он может быть рекомендован при
производстве частых определений азимута — для экономии времени,
сравнительно с другими способами наблюдений солнца, и после¬
дующих вычислений. Наибольшее распространение имеют соляры:
Смита (рис. 156 а), Сэгмюллера (рис. 156 б) и Барта.
Как видно из рисунков, одной из главных частей этого инстру¬
мента является повторительный теодолит.
Соляры, отличаясь по внешнему виду, в основном имеют оди¬
наковые части. Каждый из них содержит в себе, кроме тео¬
долитной, еще добавочную трубу с малым увеличением (труба
соляра), полярную ось, устанавливающуюся параллельно оси мира
Рнс. 155.
и коллимационную линию. Кроме того имеются приспособления
для откладывания широты места и склонения солнца.
Сравнительно с солярами других систем соляр Смита обладает
конструктивными преимуществами, так как в нем имеется возмож¬
ность вращать трубу теодолита, не нарушая отложенных на соот¬
ветствующих дугах соляра широт и склонений, что существенно
при частых наблюдениях. Как выше было отмечено, решение про¬
исходит механическим путем, что однако влечет за собой пони¬
женную точность наблюдения и делает его бесполезным при точных
работах.1
§ 4. Отражательные угломерные инструменты
Секстан (секстант) — угломерный инструмент, в действии
которого применены законы отражения света от плоских зеркал.
1 Р. Е. Девис, Ф. С. Фут и В. Г. Рей не р, Геодезия, теория и
практика, вып. 1,1928; русск. пер. под ред. проф. А. С. Чеботарева, 1935.
т
Он позволяет измерять углы (до 140°) в любых плоскостях, но
главным образом применяется при наблюдении углов и высот не¬
бесных светил по вертикали от линии видимого горизонта. Секстав
имеет очень большое применение в мореходстве, разрешая гро¬
мадное большинство задач мореходной астрономии и участвуя
таким образом например в определении места корабля в море.
Кроме того он применяется в аэронавигации, в гидрографии и
222
Рис. 1566.
Рис. 156а.
разных экспедициях, давая возможность быстро получать данные
астрономо-геодезических наблюдений.
Двойное отражение света от зеркал секстана позволяет про¬
изводить одновременное наблюдение двух предметов, между кото¬
рыми измеряется угол. Этим секстан характерно отличается от
других типов угломерных инструментов, например теодолита, где
необходимо проделать два последовательные наблюдения предме¬
тов, расположенных на сторонах угла. И это же обстоятельство
делает секстан незаменимым в практике измерений углов с какой-
либо не находящейся в покое платформы (например с палубы
корабля, особенно при качке и поворотах), а также при измере¬
ниях с какого-либо воздушного судна, в аэронавигационные при-
Рис. 157а.
Рис. 1576.
боры которого входит также и принцип секстана. Наблюдения
ведутся прямо с рук наблюдателя.
Секстан (рис. 157а) состоит из следующих основных частей:
1) лимб — разделенный сектор, около */б окружности; 2) алидада
с верньером, которая движется по лимбу; 3) плоское зеркала
подвижное, находящееся на алидаде в центре вращения ее с лим¬
бом; 4) второе плоское зеркало („малое“) неподвижное, поме¬
щенное на лимбе против трубы; 5) трубы для наблюдений, обычно:
а) астрономическая, б) земная и в) для ночных наблюдений
(Флерье); 6) набор цветных стекол, регулирующих яркость (равно¬
мерность ее) наблюдаемых предметов.
Схема действия секстана показана на рис. 1576. Наблюдатель
через трубу Н визирует на один предмет N непосредственно и
затем в поле зрения трубы вводит отраженное от зеркал изобра¬
жение второго предмета М, которое совмещает с первым. Отсчет
на специально разделенном лимбе секстана EF между нулевым
штрихом (ранее установленным) и индексом D верньера алидады О
дает искомый угол.
Существует много типов конструкций секстанов. Характери¬
стика оптических данных одного из них приведена в табл. 25.
Для примера взят распространенный в СССР навигационный
секстан Ленинградского завода мореходных инструментов (ЗМИ)
{точность отсчета—10").
Таблица 25
Навигационный секстан ЗМИ
Оптические данные
Труба астрономическая
Труба
1-й окуляр
2-й окуляр
Флерье
Увеличение трубы
б,IX
9,7х
4,4Х
Поле зрения
4,3°
4,4°
10°
Действующее отверстие объек¬
тива, мм ....
16,0
16,0
40,0
То же, глазной линзы окуля-
9,8
9,2
16,0
Диаметр выходного зрачка, мм
2,6
1,6
10,0
Расстояние выходного зрачка
от последней ; поверхности
16,5
окуляра, мм
Фокусное расстояние объек¬
10,1
10,0
тива, мм
190,6
190,6
170,0
Фокусное расстояние окуля¬
31,1
19,6
42,5
ра, мм •
Расстояние между объективом
157,7
и окуляром, мм • • . • * .
Призматичность большого зер-
195,0
192,1
>0,5* в направлении П лимоу
>2" в направлении лимбу
Призматичность малого эер-
;>1* по ширине зеркала
>2* по длине
Допустимое уклонение поверх¬
!>7io полосы на 1 см длины зеркал
ности зеркал от плоскостей .
в направлении II лимбу
полосы на 1 см длины зеркал
Допустимая призматичность
цветных стекол прибора . .
в направлении JL лимбу
12"
Допустимая призматичность
1емных стекол на окуляре
1
5
Для правильной своей установки к работе секстан требует
большого числа специальных проверок. В частности для исследо¬
вания секстанов в астрообсерватории Гидрографического управ¬
ления применяется специальный прибор Фуса. Подробное описание
его имеется в специальной литературе.1 Необходимо только
отметить, что прибор Фуса удобен для получения постоянных
1 Н. Сакелларн, Описание мореходных инструментов, 1933.
234
величин, характеризующих ошибку каждого данного секстана,
например от влияния эксцентриситета.
Искусственный горизонт. Это устройство применяется при
работах простым секстаном в условиях суши при отсутствии
видимого морского горизонта. Искусственный горизонт предста¬
вляет собой некоторую блестящую правильную плоскость, уста¬
навливаемую горизонтально и от которой отраженное изображе¬
ние небесного светила наблюдается в секстан.
Искусственный горизонт различается двух основных видов:
а) жидкостный: ртуть или масло наливаются в сосуд со
специальной прозрачной крышкой, предохраняющей поверхность
жидкости от ветра и пыли;
б) с твердой отражающей поверхностью; он состоит из
стеклянного (черного стекла) или металлического зеркала с подъем¬
ными винтами; приведение в горизонтальное положение отража¬
ющей плоскости зеркала производится при помощи накладного
уровня, снабженного для своей выверки исправительными винтами.
Искусственные горизонты обоих этих типов могут иметь
самое разнообразное конструктивное оформление.
Секстан с искусственным горизонтом. Конструкция такого
секстана включает в себя устройство, которое позволяет воспро¬
извести в самом приборе горизонтальную установку. Таким при¬
бором можно отнаблюдать высоты небесных светил в случаях,
когда черта видимого горизонта видна не отчетливо или когда
в силу каких-либо других причин на нее и вовсе невозможно
визировать.1 Невозможность в таких случаях наблюдать горизонт,
пользуясь простым секстаном, имеет место как в мореходстве,
так и в воздухоплавании. Идея секстана с искусственным гори¬
зонтом осуществляется при помощи или жидкого уровня, или
маятника, или наконец другого какого-либо устройства, например
гироскопа. Однако результаты наблюдений в этих случаях менее
точны, чем при пользовании действительным горизонтом.
Распространено несколько типов таких приборов, наибольшего
внимания из них заслуживают следующие.
Гироскоп-коллиматор Флеръе. Воспроизведение нормали
осуществлено в нем при помощи гироскопа. Волчок вращается
в особой камере от струи воздуха, вдуваемого через резиновую
трубку воздушным насосом. Конструкция прибора является
в общем сложной.
Секстаны с маятниковым устройством горизонта. Известны
конструкции: Фуса> Хейворта (в последней в ^момент, когда ось
1 Для наблюдения секстаном солнца в пасмурные дни в последнее
время появилось специальное устройство с применением фотоэлемента,
действие этого устройства основано на использовании инфракрасных
лучей, которые проникают сквозь туман и облака. Секстан с искусствен¬
ным горизонтом в сочетании с упомянутым устройством дает возмож¬
ность делать определения места наблюдения, хотя бы даже и не точные,
в дни, когда ни солнечного диска ни горизонта простым глазом совер¬
шенно не видно.
235
маятника вертикальна, а ось трубы горизонтальна, замыкается
электрический ток), и немецкий секстан Литцау (точность изме¬
рения не превышает 2—3').
Секстаны с уровнями. К этой группе относятся лапример
секстан Кутинхо, секстан Гольдвея и наконец секстан с уров¬
нем Бузса, построенный английской фирмой Хьюсз (рис. 158а).
Последний прибор имеет своеобразную конфигурацию, обусловлен¬
ную тем, что в секстан введена специальная оптическая система
(рис. 1586), состоящая из призм Я, Г и собирательных линз I, /С,
которая дает возможность наблюдать пузырек уровня V одновре¬
менно с отраженным от зеркала светилом S, взятым для опре¬
делений. Имеются осветительное устройство и часы-хронометр
для отсчета времени при наблюдениях. Этим прибором можно
также измерять наклонение видимого горизонта.
К серии отражательных угломерных инструментов типа сек¬
стана относятся также: квинтаны (обладающие большей точно¬
стью, чем секстан), октаны (менее точные), пентаквинтан (при¬
бор с пентапризмой, позволяющей измерять углы до 180°), спе¬
циальные угломерные секстаны и др.
§ 5. Приборы для определения наклонения видимого горизонта
При определении высот светил, пользуясь для этого видимым
морским горизонтом, необходимо бывает знать или проверить
угловую величину наклонения этого видимого горизонта. Послед¬
236
Рис. 158а.
Рис. 1586.
нее необходимо в силу влияния земной рефракции, которая не
является постоянной (зависит от разных меняющихся причин) и
отклоняет направление /лучей визирования.
Поэтому нормальное наклонение горизонта, которое принято
в специальных мореходных таблицах, может отличаться от дей¬
ствительного.
Существуют специальные приборы, дающие возможность опре¬
делить действительное наклонение видимого горизонта в момент
визирования.
Приборы эти основаны на одновременном наблюдении диаме¬
трально противоположных сторон горизонта и разбиваются на две
основные группы:
1) приборы, приспосабливаемые к секстану;
2) приборы, существующие самостоятельно.
К приборам первой группы относятся конструкции: Колынют-
тера, Блиша и Косса. Устройство оптических систем в них до¬
статочно простое, однако прак¬
тика работы с этими прибо¬
рами не представляется удоб¬
ной, так как с ними 1) или
трудно вести наблюдения при
качке, 2) или получается очень
слабое изображение противо¬
положной части горизонта
вследствие многократного отра¬
жения в оптической системе
(устройство Блиша).1
Из второй группы рассма¬
триваемых приборов заслужи¬
вает внимания, показав свою
практическую ценность, так
называемый прибор Пульфри-
хау построенный фирмой Цейсс (рис. 159). Определение накло¬
нения видимого горизонта основано в нем на совмещении
двух противоположных частей горизонта. Прибор состоит из
небольшой астрономической трубы Г, приспособленной пер*
пендикулярно к прямоугольной коробке К, имеющей с боковых
сторон отверстия (люки) О и Q (которые и наводятся на проти¬
воположные горизонты). Внутренность коробки составляет спе¬
циальная система призм, которая изображения двух горизонтов
вводит в поле зрения трубы не совмещенными. При вращении спе¬
циальным винтом W (с барабаном, на который нанесены деле¬
ния) несколько изменяется положение призм относительно друг
друга, и наблюдатель совмещает изображения горизонтов. Отсчет
(с точностью 0,1') по барабану, деления которого связаны
с углами поворота призм, дает искомый угол.
1 Н. Сакеллари, Описание мореходных инструментов, 1933.
237
Рис. 159.
Существует также и другая модель прибора Пульфрнха, от¬
личающаяся от описанной главным образом конструкцией отсчет-
ного устройства (барабан заменен отсчетной шкалой).
§ 6. Сферант
Сферант (рис. 160) — прибор мореходной астрономии, изоб¬
ретенный в Америке и получивший распространение сравнительно
еще недавно. Этот инструмент, решая непосредственно астро-
номо-геодезические задачи, сразу дает значения широты и мест¬
ного часового угла, т. е. имеется возможность определить (за¬
метив момент времени по хроно¬
метру) и долготу места.
Конструкция сферанта заклю¬
чается в следующем. В системе
осей, в которой имеют место
вертикальная линия (устанавли¬
ваемая уровнем) и приспособлен¬
ная к ней параллактическая уста¬
новка (т. е. одна ось устанавли¬
вается параллельно оси мира),
расположены в трех взаимно пер¬
пендикулярных плоскостях круги:
широт, склонений и часовых
углов. В верхней части сферанта,
на полярной оси, установлена
астрономическая труба. При наб¬
людениях сферант держат в ру¬
ках, визируя на светило; при этом
в поле зрения трубы вводится
изображение пузырька уровня, передаваемое посредством специ¬
альной системы призм. Имеется также возможность ориентировать
прибор по видимому горизонту, благодаря наличию соответствую¬
щих призм.
Кроме того предусмотрены осветительное устройство для
ночных наблюдений и защитные темные стекла для наблюдений
солнца. На кругах приспособлены стопорные и микрометренные
устройства, верньеры и лупы. Работа ведется путем последова¬
тельных наведений на светило с совмещением пузырька уровня и
путем последовательных отсчетов на кругах.
Сферант концентрирует в себе элементы многих приборов,
применяя практику решения астрономо-геодезических задач ме¬
ханически и визуально, опираясь на показания уровня. Однако*
если иметь в виду, что и решения механическим путем в подоб¬
ных случаях и пользование уровнями в условиях движущейся
платформы наблюдателя не показали себя еще надежными (на-
приМер Секстаны с искусственным горизонтом), следует притти
к заключению, что сферант, хотя он и механизирует и упро-
238
Рис. 160.
щает работу, все же пока еще не относится к числу приборов*
удовлетворяющих в практике кораблевождения современным тре¬
бованиям точности.
§ 7. Оптический пеленгатор
В числе оптических приборов, применяемых в мореходстве*
следует упомянуть еще оптический пеленгатор. Прибор этот
представляет собой сочетание компаса обыкновенного мореход¬
ного пеленгатора и специальной оптической системы. Благодаря
последней наблюдения в процессе пеленгирования производятся
через один окуляр прибора, в поле зрения которого видны и
пеленгируемый предмет с небольшим увеличением (3х) и отсчет
по картушке компаса.
Оптическое устройство такого пеленгатора состоит из двух
отдельных оптических систем. Одна система — зрительная труба
с оборачивающими призмами и плоскопараллельной пластинкой
с нанесенной на ней вертикальной линией. Предмет и линии видны
в верхней половине поля изображения, даваемого окуляром.
Вторая оптическая система посредством призм (дахпризма и
стеклянный параллелепипед) передает изображение делений кар¬
тушки компаса в нижнюю половину поля окуляра. Изображения
обеих половин поля окуляра совмещены в одной плоскости, что
имеет свои преимущества.
Обе оптические системы, дающие описанные изображения,
соединены в одну общую конструкцию и оформлены в виде
отдельного прибора. Этот прибор, приспосабливаемый сверху
компасной коробки, и представляет собой сущность оптического
пеленгатора. Он может быть применен к различным компасам
(5% 7г\2е/ и 8") с разными диаметрами румбического кольца. Для
того чтобы изображение делений картушки было всегда неизменно
отчетливо при различных диаметрах компасного круга, преду¬
смотрены специальные устройства, наклоняющие дахпризму и
передвигающие объектив (стоящий по ходу луча после этой
призмы) до положения резкости.
§ 8. Приборы механических решений астрономо-геодезических
задач
Для того чтобы упростить решения наиболее часто встречаю¬
щихся навигационных и других задач и освободиться от зача¬
стую довольно сложных аналитических решений с помощью ло¬
гарифмов или мореходных таблиц или наконец чтобы избегнуть
некоторых иногда неудобных приемов, необходимых при обыч¬
ных навигационных определениях, существует ряд специальных
приборов, механизирующих эту работу. (При этом учитывается,
что для обычной практики навигации достаточна точность, равная
V дуги, и редко 0,1'). К разряду таких механических вычисли¬
239
тельных приборов, в недавнее время появившихся за границей,
следует отнести следующие.
Навигационный вычислитель Лота (рис. 161) — прибор
{построен французской фирмой Лот) для механического опреде¬
ления высоты и азимута светила.
Кроме того он решает задачи: опре¬
деление широты по известной дол¬
готе (и наоборот), поправка компаса,
наименование звезд и др. Главными
частями вычислителя Лота являются
два хорошо обработанные стеклян¬
ные плоскопараллельные диска диа¬
метром в 30 см. На одном из них
точно нанесена проекция на пло¬
скость большого круга (меридиана
места) сетки сферических коорди¬
нат со значением высот и азимутов
по четвертям; на другом — в той же
проекции такая же сетка, но с де¬
лениями склонений и часовых углов.
Оба диска, точно сцентрированные,
устанавливаются в верхней части
ящика прибора: верхний диск жестко соединен с верхней стенкой
ящика, нижний же свободно вращается. Сверху установлен микро¬
скоп, имеющий возможность перемещаться над всем полем диска,
но при этом строго перпендикулярно плоскостям обоих дисков.
В середине ящика помещен рассеивающий осветитель. Оптическая
система и конструкция микроскопа и толщина дисков подобраны
Рис. 161 а.
так, что при фокусировании креста нитей микроскопа на сетку
верхнего диска сетки нижнего диска не видно (и наоборот).
Перед пользованием прибором, например при определении
высоты или азимута какого-либо светила, оба диска устанавли-
240
Ри^ 161.
вают по сличимой широте, затем нижний, подвижной диск пово¬
рачивают относительно первого на угол, равный дополнению
широты. После этого крест нитей микроскопа устанавливают
над точкой „места“ светила и фокусируют затем на сетку верх¬
него диска, по которой и отсчитывают (пользуясь крестом нитей
как индексом) искомую высоту и азимут светила. Точность вы¬
числителя Лота равна 1 мин. дуги.
Навигационная машина Виллиса (рис. 161а), построенная
английской фирмой Хисз и Ко (Лондон). Имеются два типа
этой машины: 1) для целей мореходства (точность V дуги) и
2) для аэронавигации (точность 5' дуги).
Прибор представляет собой конструкцию пяти разделенных
кругов с верньерами для отсчетов и микроскопами. Схема осей,
на которых вращаются диски, обеспечивает решение навигацион¬
ных задач чисто механическим путем, сводя к минимуму все
обычные астроопределения. На одних кругах машины устанавли¬
ваются необходимые данные какой-либо задачи, а по другим
непосредственно читаются искомые значения, требующиеся для
целей навигации. Для правильной работы этого достаточно слож¬
ного агрегата и обеспечения запроектированных точностей не¬
обходимы весьма тщательные изготовление деталей, их сборка
и выверка.
Б. ПРИБОРЫ ДЛЯ АЭРОЛОГИЧЕСКИХ И АВИАТЕХНИЧЕСКИХ
НАБЛЮДЕНИЙ
§ 9. Общие определения
Одним из способов исследования явлений, происходящих
в верхних слоях атмосферы (например скорости ветра, направле¬
ние и постоянство его и т. д.), является наблюдение за полетом
специальных летательных снарядов, так называемых шаров-пилотов
(или зондов). Для наблюдения за полетами таких шаров и фикси¬
рования данных, характеризующих их высоту, направление и
скорость, а также и для ряда других задач применительно
к воздухолетательным аппаратам употребляются специальные
инструменты баллон-теодолиты или шаропилотные теодолиты.
В основу работы этих инструментов положено определение
ими полярных координат. Наблюдения производятся с двух (или
трех) точек местности, расстояние между которыми (базис) и
взаимное ориентирование заранее известны. Положение какой-либо
точки в пространстве, движущейся или находящейся в покое,
определится, если в один и тот же момент времени с этих пунктов
будут измерены угловое значение сферических координат или
какое-либо другое графическое выражение их. Если точка нахо¬
дится в покое, то достаточно одного такого парного измерения.
Если же точка движется, то в каждый следующий момент
координаты, определяющие ее положение, будут отличаться от
16 З&к. 3730. Справочн. кн. оптико-механява. 241
предыдущих, и следовательно необходимо произвести ряд таких
определений.
Обработанные результаты зафиксированных инструментами
данных в случае Движущейся точки дадут ряд ее положений
в пространстве, по которым и можно определить ее траекторию,
а, зная время, и скорость движения. Траектория определится
точнее, если будет сделано в данный отрезок времени возможно
большее число фиксирующих положение точки наблюдений. Ясно,
что парные наблюдения должны быть произведены одновременно,
и кроме того чем больше скорость движущейся точки, тем чаще
должны ()ыть сделаны такие единовременные наблюдения.
Схема устройства осей и от-
счетных кругов указанных "те¬
одолитов аналогична обыкно¬
венным теодолитам (см. гл. Vji
Имеется вращающаяся в верти¬
кальной плоскости труба, по¬
ложение которой отмечается на
вертикальном круге. Вся эта си¬
стема установлена своими под¬
ставками на лимбовое устрой¬
ство, которое состоит из гори¬
зонтального лимба с алидадой
и нониусами, с возможностью
вращения вокруг вертикаль¬
ной оси. Для приведения этой
оси в вертикальное положение
предусмотрены уровень и подъ¬
емные винты, находящиеся
в подставке для всего инстру¬
мента.
Теодолиты для аэрологических наблюдений за шарами-пилотами
подразделяются в основном на следующие группы.
^10. Теодолиты для наблюдения шаров-пилотов простого
устройства
Труба этих инструментов (с полем зрения 2,5—3°) — ломаная
с призмой (для возможности вести наблюдения при небольших
зенитных расстояниях т. е. когда наблюдаемый объект находится
свыше например 45° от линии горизонта). Точность отсчета,
горизонтального лимба бывает 5—1', вертикального круга — 0,1°
или 5—2' (в зависимости от конструкции). Лимбы и алидада
защищены покрышками. Уровень — круглый или цилиндрический,
невысокой точности.
На рис. 162 показан простой теодолит производства ВООМПа.
Существует несколько видов подобных теодолитов, отличающихся
толбко типами своей конструкции и размерами. Так, немецкая
242
Рис. 162.
фирма Аскания имеет больше 6 отдельных видов конструктивного
устройства баллон-тердолитов; например к инструменту приспо*
сабливается еще добавочная труба-искатель с полем зрения 129,
или например имеется буссоль.
При наблюдениях горизонтальный круг ориентируется относи¬
тельно меридиана места. Наблюдатель следит за шаром, смотря,
в трубу горизонтально, и не¬
посредственно делаются отсче¬
ты по кругам, например через
1 мин. времени (по условиям
задания). Теодолиты этого пгипа
не сложны по конструкции и
отличаются своей выносли¬
востью.
Рис. 163а. Рис. 1636.
Если размеры наблюдаемого шара-пилота заранее известны п
изменяются в воздухе в пределах точности наблюдения, то
расстояние этого шара до наблюдателя может быть определено,
по видимому угловому расстоянию в поле зрения трубы. В таких
случаях парные наблюдения такими теодолитами могут быть
необязательны (по условиям точности задания).
§ 11. Корабельный баллон^теодолит
Этот инструмент применяется при аэрологических наблюдениях,
которые необходимо произвести с какой-либо качающейся не^
устойчивой платформы, например с палубы корабля в море*
24а
Конструкция такого корабельного баллон-теодолита должна обеспе¬
чить возможность установить более или менее точно горизон¬
тальную линию ориентирования, от которой можно было бы
делать отсчет вертикальных углов.
На рис. 163а представлен подобный инструмент фирмы Аскания.
Оптика этого прибора (рис. 1636) состоит из двух оптических
систем с призмами. Через одну систему А наблюдается шар.
При помощи другой системы В, оптическая ось которой распо¬
ложена горизонтально, визируют на линию, видимого горизонта,
т. е. производят ориентирование инструмента в вертикальной
плоскости. В поле зрения окуляра L видны одновременно и
наблюдаемый шар и изображение лирии горизонта (или ориен-
тирная линия). Отсчеты производятся (а данный фиксированный
по часам момент времени), когда совмещены оба эти изображения
(наподобие действия секстана). По азимуту инструмент ориенти¬
руется с помощью имеющейся в нем буссоли. В остальном
действие и порядок отсчетов на этом теодолите ничем не отли¬
чаются от описанных ранее.
Отсчет производится с точностью до 6'. Цена деления лим¬
бов— 1°. Свободное отверстие объективов — 40 мм. Поле зре¬
ния— 3°. Инструмент устанавливается на специальном штативе.
Крепление его к штативу имеет подвижную карданную конструк¬
цию, самоустанавливающуюся по вертикали с пружинными демп¬
ферами. К баксе, которая вращается в особое гнезде штатива,
прикреплен стержень с опущенным вертикально вниз грузом
(маятник). Последний силой своей тяжести хотя бы грубо уста¬
навливает вертикальную ось инструмента в отвесное положение
:и этим при работе выбирает грубые отклонения от вертикали.
§ 12. Теодолиты самозаписывающие — автоматические
Эти теодолиты употребляются при более точных наблюдениях
и имеют более широкую область применения (например, кроме
регулярных наблюдений шаров-зондов, — для исследования пара¬
шютных прыжков, вихревых потоков на больших высота^, собствен¬
ных скоростей самолетов и др.). Труд наблюдателя облегчается,
так как исключаются отсчет и запись наблюдений. Эти инстру¬
менты уменьшают интервалы времени между моментами фикси¬
рования и требуют только одного наблюдателя, исключая промахи
и ошибки rfpp непосредственных отсчетах и записи.
Самозаписывающие теодолиты разбиваются на следующие
типы.
1. Теодолит с автоматической записью отсчетов. Принци¬
пиальная схема устройства одинакова с первым описанным типом;
ло запись данных наблюдений производится на ленте с помощью
особого механизма. Имеются лента для записи и лента красящая
(дающая отпечатки при нажиме), намотанные на ролики. Запись
отсчетов делается на белой ленте, ттрижимаемой при помощи
244
электромагнита особым кулачковым устройством к отсчетным
кругам, деления которых сделаны выпуклыми. Таким образом
запись показаний как бы печатается по ленте. Печатающие круги
обоих лимбов установлены Роризонтально и при этом параллельно.
Для этого вертикальный лимб при помощи двух конических
шестерен передает движение на соответствующий ему печатный
круг. Электромагниты действуют лри замыкании тока. Ток вклю¬
чается через определенные по заданию интервалы посредством
специального часового устройства. Цена деления печатающих
кругов—4°. Точность от¬
счета по ленте—0,1°.
Имеется также устрой¬
ство для визуальных от¬
счетов. Кроме основной
трубы приспособлен ис¬
катель. Движение по ази¬
муту и высоте произво-^
дится наблюдателем при
помощи специальных вин¬
товых устройств. В ком-
йлект инструмента входят:
устойчивый штатив, спе¬
циальные часы с контак¬
тами, аккумулятор и элек¬
трические принадлежно¬
сти проводки.
2. Теодолит с фото¬
графической регистра¬
цией отсчетов (рис. 164а),
выпускаемый фирмой Ас-
кания. Основная схема
конструкции одинакова с
описанным выше. Точность
отсчета — 1', со ско¬
ростью до 3 измерений
за 2 сек. времени. Инстру¬
мент пригоден для на¬
блюдений объектов с большой угловой скоростью. На туго на¬
тянутой нормальной пленке фотографируются показания нониусов
в масштабе 1:2. Инструмент пригоден также и для визуальных
отсчетов. Имеется отсчетньШ механизм, указывающий номер
измерения. Движение вокруг осей возможно грубое от-руки и
кроме того микрометренное: винт с червячным колесом. Оборот
винта передвигает линию визирования трубы на 2tr. Имеется
также труба-искатель. Фотопленка передвигается автоматически
при помощи электромотора, который однако установлен так, что
сотрясения его не влияют на визуальную работу и фотоработу
инструмента. Контакты для момента фотозаписи подаются от-
245
Рис. 164а.
руки а также могут делаться автоматически; при этом откры¬
вается затвор камеры *со скоростью 0,01 сек. При помощи
электросвязи через центральный распределительный пункт инстру¬
мент может синхронно работать с другими парными ему теодо¬
литами. Источником света служит лампочка накаливания. Источник
тока—аккумулятор 8 V на 38 Ah. Уровень цилиндрический,
точность — ЗО". Предусмотрена возможность делать замену пленки
при дневном свете.
В комплект инструмента входят: чугунная плита для установки
теодолита, аккумулятор, часы с контактным устройством и при0ор
для рассматривания отсчетов по
ленте на снимках (рис. 1646).
Этот прибор состоит из стойки
со специальным устройством сто¬
лика Для протягивания ленты-со
Рис. 1646.
Рис. 164в.
Снимками. Имеются лупа для рассматривания с увеличением 18 X
X 20X23 и осветительное стекло.
3. Инструменты с графической записью показаний. Эти
инструменты также по существу являются теодолитами и имеют
схему устройства своих основных осей вращения, аналогичную
описанным выше. Но с помощью таких графозаписывающих
теодолитов данные, определяющие положение точки в пространстве,
получаются не в виде цифровых значений углов высоты и азиму¬
тов, а в виде равноценных соответствующих им кривых. Эти
Яинии получаются автоматически при помощи специальных графи¬
ческих устройств — непосредственно во время производства на¬
блюдений. Полученный графический материал имеет некоторую
'наглядность и для отдельных случаев сравнительно с другими
теодолитами требует меньше времени для окончательной обработки.
Существует несколько образцов подобных регистрирующих
теодолитов, среди которых следует отметить три системы: проф.
Молчанова, проф* Гугерсгофа и проф. Виткевича.
946
а) На рис. 164в представлен регистрирующий теодолит
системы Молчанова производства фирмы Аскания. Верхняя
покрышка инструмента снята, и видны 4 цилиндра. На каждом
из этих цилиндров (предварительно покрытых бумагой) собственно
и производится запись данных, характеризующих положение
наблюдаемой точки ,в процессе самого наблюдения. Одна пара
цилиндров вращается при вращении трубы вокруг горизонтальной
оси со скоростями: один цилиндр—1:1, второй—'1:10; другая
пара — при вращении .всего инструмента вокруг вертикальной оси
с такими же отношениями скоростей. Поэтому никаких меха¬
низмов, вращающих цилиндры, в этом теодолите не требуется.
Точность наблюдения описываемой системы согласно исследованиям,
произведенным Геофизическим институтом при Университете
в Лейпциге, равна 2Г.
Инструмент имеет добавочную трубу-искатель. Кроме графи¬
ческого фиксирования данных наблюдений - можно произвести
также и визуальные отсчеты с точностью до V. В комплект
инструмента входят: штатив для установки, буссоль, электрическое
устройство и специального вида часы со звуковыми сигналами
для отметки моментов времени.
б) Регистрирующий теодолит системы Гугерсгофа имеет
иную конструкцию графической записи. Кривые чертятся на одном
вертикально стоящем цилиндре и затем на специальном диске,
укрепленном горизонтально, центр которого совпадает с верти¬
кальной осью вращения инструмента.
в) Система самопишущего теодолита Виткевича имеет только
один большой барабан, на котором наносятся две кривые,
соответствующие траектории наблюдаемого шара, с отметкой на
них времени.
§ 13. Приборы для измерения высоты облаков
Для аэрологических исследований при определении высоты
облаков употребляются специальной конструкции приборы. На
рис. 165а показан измеритель высоты облаков, применяющийся
в способе наблюдения с помощью прожектора. Пучок параллель¬
ных лучей от прожектора направляется вертикально вверх. В месте
встречи его с облаками образуется световое пятно. На это пятно
и производится визирование прибором. Расстояние от прожектора
до установленного прибора служит базисом, и в образующемся
таким образом прямоугольном треугольнике высота облака по
отвесному лучу легко определяется по тангенсу вертикального
угла визирования прибором.
Конструкция этого прибора состоит из горизонтально напра¬
вленной оси, на которой вращается перпендикулярно к ней уста¬
новленная труба. В отличие от схемы устройства теодолита,
данный прибор не имеет горизонтального лимба. Роль вертикаль¬
ного лимба выполняет здесь особый барабан. Последний посред-
247
ством передаточного механизма, состоящего из шестерен, вращается
в 6 раз быстрее скорости вращения трубы вокруг горизонтальной
своей оси. Деления барабана сделаны не в угловой мере, а в зна¬
чениях тангенса. Поэтому при известном
заданном базисе высоту получают сразу из
произведения отсчета по барабану на про¬
стой коэфициент, соответствующий длине
базиса (обходясь таким образом без каких
бы то ни было переводных таблиц). Ба¬
рабан и передаточный механизм покрыты
кожухом, в котором имеется отверстие с
индексом для отсчета делений барабана.
Прибор снабжен круглым уровнем. Поле
зрения трубы — 5°. Инструмент устана¬
вливается на штативе сравнительно про¬
стого устройства.
Для этих же целей определения вы¬
соты облаков, а также и для других на¬
блюдений в воздухе существует другая
модель инструмента под названием теодо¬
лит с системой осей Тотенса. 1 В отли¬
чие от системы осей обыкновенного тео¬
долита (рис. 1656), этот теодолит (рис. 165в)
не имеет главной вертикальной оси вра¬
щения инструмента и горизонтального
лимба. В теодолите системы Тотенса пер¬
пендикулярно неподвижной вертикальной
оси, служащей подставкой всего прибора, расположена горизонталь¬
ная ось с вертикальным лимбом. Перпендикулярно этой оси укреплена
втулка, в ней вращается другая побочная ось, в перпендикулярном
положении к которой расположены труба и лимб. Таким образом
1 Распространен в американской практике при обслуживании аэро¬
дромов и артиллерии.
248
Рис. 165а.
Рис. 1656
Рис. 165в.
визирная ось трубы и плоскость лимба трубы вращаются парал¬
лельно главной горизонтальной оси вращения инструмента.
Для ряда случаев результаты сделанных измерений при помощи
двух таких синхронно работающих теодолитов обрабатываются
по методу Тотенса значительно легче и быстрее, чем при обычных
способах. Для облегчения процесса вычислений деления лимба
при горизонтальной оси вращения сделаны в значениях тангенса*
При помощи приборов описываемой системы удобно наблюдать
объекты, находящиеся близко к зениту, и легче при этом следить
за быстро двигающимися целями. Для одновременного наблюдения
двумя теодолитами служат специальные часовые устройства со*
световыми или звуковыми сигналами моментов времени-
§ 14. Кинотеодолиты
Для точного и строгого определения движения ч объектов:
в воздухе, имеющих большую скорость, применяются специальные-
приборы под общим названиим кинотеодолиты. Действие их
основано на том, что с помощью кинематографического процесса
фиксируется положение объекта относительно визирной оси и в то же
время фиксируются координаты, характеризующие положение этого
объекта в пространстве. Регистрация и того и другого происходит*
автоматически. Таким образом в кинотеодолитах, как указывает и
самое название, совмещены два прибора. Первый — это похуществу
саморегистрирующий теодолит (см. § 12) со всеми общими для
всех теодолитов частями (дающий тем или иным путем значения
координат находящегося в пространстве объекта). Второй при¬
бор — это киноаппарат, который дает ряд последовательных
снимков1 объекта вместе с изображением проекции визирной
линии.
Кинотеодолиты отличаются от описанных ранее простых бал-
лон-теодолитов тем, что действие их и результаты измерений не
зависят от быстроты восприятия органов чувств наблюдателя
(так что они являются таким образом объективными). Наблюдатель*
все время направляет ось объектива трубы на цель, визируя
в специальную трубу для гидирования. Но если при этом пресле¬
дуемая цель несколько уйдет с точки пересечения креста нитей,
то это расхождение на снимке зафиксируется, что даст возможность
в дальнейшем при обработке учесть ошибку смещения. Снимки
делаются через чрезвычайно короткие промежутки времени авто-
1 На основе последовательных наблюдений и получения ряда снимков,
построен еще один специального вида ирибор, так называемая зенитнаяг
камера. Этот прибор особенно удобен при наблюдении объектов, нахо¬
дящихся в зените. Действие зенит-камеры составляется из получения
ряда последовательных снимков одного и того же объекта на одной
пластинке. В результате обработки заснятого материала (по принципу
фотограмметрии) можно определить высоту летящих в воздухе объектов..,
траекторию и скорость движения их.
249.
матически и в этом отношении совершенно не зависят от личных
качеств наблюдателя. При помощи кинотеодолитов можно:
1) по петлеобразным движениям шаров-пилотов получать дан¬
ные для исследования микроструктуры w слоистости атмосферы;
2) наблюдая взлеты и посадки летательных аппаратов, получать
материал, характеризующий вертикальные и продольные силы,
действующие на самолет, т. е. аэродинамические качества его;
3) определять скорости различных летающих объектов;
4) измерять угловые отклонения и линейные смещения раз¬
рывов снарядов от воздушной цели или точки пространства;
5) измерять угловые скорости
воздушной цели в горизонтальной
и вертикальной *плоскоЬтях;
6) определять траектории трас¬
сирующих пуль и снарядов;
7) производить ряд других работ.
Кинотеодолиты, в количестве двух
или трех, устанавливаются на зара¬
нее выбранные точки местности, рас¬
стояние между которыми известно
(базисы). Каждый прибор, ориенти¬
рованный относительно этих базисов,
синхронно работает с другими та¬
кого же устройства теодолитами.
Для единовременного производства
снимков инструменты включаются
в одну общую сеть от центрального
распределительного пункта. Из это¬
го пункта, в котором имеется осо¬
бое часовое контактное устройство
с отметкой и фиксацией времени, на
все теодолиты посылается через
определенные равные промежутки
времени электрический импульс. Под
действием последнего во всех уста¬
новленных кинотеодолитах срабаты¬
вает реле и происходит съемка. Сами
по себе эти инструменты, как и электросистема с синхронизаторам,
являются сложными и требуют бережного отношения.
Окончательные искомые данные наблюдений получаются в ре¬
зультате аналитической или графической обработки снимков
на киноленте. Для этого применительно к каждому типу теодолита
имеются специальные графопостроительные или проекционные
устройства, представляющие собой самостоятельный прибор.
В основном различаются следующие конструкции кинотеодо¬
литов.
1. Кинотеодолит Фусса (рис. 166а и 1666) производства
фирмы Аскания. Объективом этого инструмента служит (рис. 1666)
250
Рис. 166а.
вогнутое зеркало. В центре последнего имеется отверстие, через
которое лучи света, предварительно отразившись от второго
малого зеркала, попадают на кинопленку, находящуюся в фокаль¬
ной плоскости этой оптической системы. Одновременно на тот же
снимок проектируется изображение показаний вертикального
и горизонтального кругов. Для этого деления кругов соответ¬
ствующим образом освещаются. Изображение отсчетов передается
на пленку через специальную систему призм. Схема расположения
осей вращения инструмента и лимбов обычная для теодолитов,
действие которых основано на измерении полярных сферических
координат (рис. 1656).
В центре теодолита расположены фильмовые кассеты. Пленка
через грейфер с мальтийским крестом при помощи электромотора
сматывается с ролика одной из кассет. На некоторый короткий
промежуток времени фильм останавливается перед съемочным
окном, открывается дисковый затвор, и экспонированная пленка,
после того как затвор закроется, наматывается на ролик другой
кассеты. Для слежения за целью (гидирования) имеются две лома¬
ные трубы, укрепленные по бокам горизонтальной оси инструмента.
251
Рис. 1666.
В процессе гидирования по движущемуся объекту вращаются спе¬
циальные штурвалы. Фокусное расстояние зеркальной объективной
системы — 600 мм. Относительное отверстие — 1:5. Поле зрения —
2°35/. Величина изображения снимка (на нормальной пленке) —
24X^8 мм. Увеличение трубы-гида — 8х, поле зрения — 7,5°.
Рис. 167а.
Цена деления кругов — 1jQ°, точность отсчета — У. Возможно
также делать визуальные отсчеты показания кругов. Вес инстру¬
мента— 92 кг. Размеры — 980 X 750 X 740 мм. Синхронная пере¬
дача из центрального поста производится при помощи контактного
хронометра.
2. Кинотеодолит Джексона (рис. 167а) изготовления фирмы
Сперри. Устройство осей в принципе то же, что и у предыдущего
теодолита. Труба ломаная с призмой. Оптическая система имее+
своеобразную схему (рис. 1676). Деления кругов сделаны в тысяч¬
ных (6000 делений на 360°). Коробка с фильмовыми кассетами
прикреплена сбоку. Пленка движется посредством мотора. Имеется
252
Рис. 1676.
тахометр, показывающий число снимаемых кадров в секунду,
и кроме того приспособлен счетчик, показывающий число метров
заснятой пленки. Скорости .съемки может достигать 15 снимков
в секунду. Электрические импульсы для засъемки посылаются двум
синхронно работающим приборам из центрального поста через посред¬
ство электрической связи. Синхронизация осуществляется помощью
метронома с ртутным контактным устройством. Для расшифровки
снимков имеется специальная проекционная установка.
3. Кинотеодолит Рейтьена (рис. 168). Принцип действия этого
кинотеодолита отличается- от описанных выше. Прибор имеет
систему осей Тотенса (см. § 13). В конструкции средней части
Рис. 168
инструмента расположено полушарие, на вогнутой стороне которого
нанесена координатная сетка. Эта сеть, а также и направление
основной горизонтальной оси прибора ориентируются по базисной
линии двух синхронно работающих теодолитов. Кинопленка, осве¬
тители и корреспондирующее пленку приспособление помещаются
в кожухе средней части теодолйта. На киноленту фотографируются
наблюдаемый объект и его положение относительно координатных
линий сетки полушария. Для этого последняя освещается специ¬
альным осветителем. Отсчет угла происходит не на разделенном
круге, а по координатной сетке полушария.
Кроме основной трубы с фотообъективом для производства
снимков имеются еще две визуальные трубы для гидирования.
Последние расположены по бокам инструмента, карданно связаны
с основной трубой и движутся параллельно ее движению.
В качестве синхронного устройства служит в центральном
распределительном посту специальный унформер, который и рас¬
пределяет ток для включения в работу синхронных теодолитов.
Правильная работа унформера точно контролируется, и при этом
производится запись числа оборотов.
А. В. Маркое
Глава IX
АСТРОНОМИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ
Астрономические приборы делятся на следующие классы:
1) инструменты для астрофизических наблюдений,
2) инструменты для астрономических наблюдений,
3) лабораторные приборы для измерения астрономических
негативов и материалов.1
Первые два класса приборов можно разделить на следующие
группы: Ф — большие единичные приборы, создаваемые иногда
только в числе нескольких штук (зачастую каждая с рядом осо¬
бенностей) и предназначаемые для фундаментальных наблюдений;
Т — высоко точные приборы меньшего размера, выпускаемые
небольшими сериями для наблюдений на больших и небольших
обсерваториях, в экспедициях и т. д.; М— массовые приборы,
рассчитанные на широкое потребление, к которым мы относим
приборы для астрономов-любителей, для школьной и политико¬
просветительной работы.
Кроме перечисленных, можно выделить еще одну группу при¬
боров: В — вспомогательные приборы для специальных целей, при*
спосабливаемые к телескопам.
§ 1. Астрофизические приборы
1 (Ф). Большие отражательные телескопы-рефлекторы.
Устанавливаются на крупных обсерваториях для непосредственного
фотографирования неба, спектрографирования звезд и других
наблюдений. Снабжаются оптикой либо светосильной (апертурой
до l:ß), либо дающей при пониженной (до 1:40) светосиле
большой масштаб. Монтируются на параллактической установке,
состоящей из двух взаимно перпендикулярных осей, одна из
которых, так называемая полярная, устанавливается наклонно
1 Геодезические, астрогеодезические и мореходные приборы в эту
группу не входят; см. гл. V и VIII.
254
Рис. 1696.
255
Рис. 169а.
tc горизонту и параллельно оси вращения земли. Снабжаются
часовым механизмом для автоматического движения инструмента
за звездами.
Образцы: а) 100" рефлектор Монт-Вильсоновской обсерва¬
тории 1 (рис. 169а) работы проф. Риччи;
б) 60" рефлектор той же обсерватории 2 (рис. 1696);
в) 40" рефлектор Симеизской обсерватории в Крыму работы
♦фирмы Гребб и Парсбнс.
Элементы этих рефлекторов дает табл. 26.
Таблица 26
Элементы больших отражательных телескопов-рефлекторов
p.
Главное зеркало
Кассегре-
новскпй фо¬
кус м
05
. О
о
с
о
с
Обсервато¬
рия
Диа¬
метр см
Свето¬
сила
....
Вес т
Толщина
см
Вес вра¬
щающей^
части т
Диаметр
башни м
1
Монт-Виль¬
сон . . .
250
1:5
4,5
33
40,5
100
28
2
То же . .
150
1 :5
0,9
19
30,0
23
17
3
Симеиз .
100
1:5
0,4
15
19,0
16
12
Оптика. Главное зеркало — из крона или пирекса, параболи¬
ческой формы. Теоретически совершенное зеркало не должно
мметь отклонений от идеального параболоида вращения больше,
чем на 0,05Х. Это не достигнуто ни в одном из больших теле¬
скопов, дающих отклонения от 0,1 до 2,5Х.
По оптическим схемам рефлекторы делятся на ньютоновские,
дающие изображение в главном фокусе большого зеркала, и кас-
сегреновские (рис. 170), в которых введением выпуклых гипербо¬
лических зеркал достигается увеличение эквивалентного фокуса
телескойа и масштаба изображения. В тех и других для удобства
работы фокальные изображения выводятся из трубы вбок посред¬
ством установки на оптической оси малых эллиптических плоских
зеркал. Точность изготовления плоскостей для них — 0,05Х. Кассе-
греновские рефлекторы строят и без плоских зеркал, выводя
фокальные изображения из трубы сквозь отверстие, просверленное
в главном зеркале.
Стеклянные зеркала серебрят химическим способом. В послед¬
ние годы зеркала до 50 см диаметром стали покрывать алюминием3
из-за его меньшей окисляемости и более хорошего отражения им
ультрафиолетовых лучей.
1 R i t h е у, The development of Astrophotography and the great
telescopes of the future, Paris 1929.
2 R i t h e y, Astrophysical Journal 29, 1909.
3 J. Strong, Phys Revue 43, 498, 1933.
256
Упомянутые выше системы страдают комой, для уничтожения
которой Росс (Монт-Вильсон) осуществил коррекционную линзуf
устанавливаемую вблизи фокуса. Кроме этой системы для уничто¬
жения комы за границей и в СССР1 рассчитаны анаберрационные
системы зеркал непараболической формы.
Механика, а) Труба рефлектора — металлическая, сплошная
«ли решетчатая, иногда из полых труб. В некоторых типах уста¬
новок нарочно утяжеляют части
трубы с большим зеркалом
{рис. 170).
б) Полярная ось.
в) Электрический часовой
механизм.
г) Ось склонения, на кото¬
рой разными способами кре¬
пится труба. [Параллактиче¬
ские установки делятся на: не¬
мецкую осевую (рис. 170), ан¬
глийскую осевую (рис. 1696),
английскую рамную (рис. 169а)
и установку на вилке (рис. 17]).
Особенности каждой из них
видны на рисунках. Наиболее
удобной для наблюдения сле¬
дует признать английскую осе¬
вую.]
д) Разделенные круги на
осях, с делениями до 10'и до Vу
для отыскания объектов.
е) Искатели.
ж) Иногда применяем параллельная рефлектору труба-гид для
контроля правильности хода механизма при фотографировании. При
большой длине фокуса гидом не пользуются, а устанавливают
в фокусе особую кассету Риччи с двумя микроскопами при ней
для ведения рефлектора по изображениям звезд, даваемым главным
зеркалом. Пользуясь такой кассетой при продолжительных экспо¬
зициях, можно исправлять изменения фокусировки с температурой
и перемещения изображения на пластинке из-за влияния диферен-
циальной рефракции.
з) Адаптер в окулярной части для крепления кассет, спектро¬
графов и окуляров.
и) Микрометренные движения для вращения инструмента
вокруг осей по желанию наблюдателя.2
1 Д. Д. Максутов, Анаберрационные системы телескопов, Труды
Государственного оптического института, т. IV, Ленинград 1933.*
2 Американская техника ставит сейчас проблему постройки рефлек¬
тора в 200" диаметром. Механическая конструкция инструмента уже раз¬
работана. Наиболее трудным при его создании делом является изготовле-
17 Зак. 3730. Спрдвочж. кж. оптхко-жехалжв*. 257
Рис. 170.
2 (Т). Рефлекторы средних размеров с 8"—24" зеркалами-
Могут быть использованы для астрофизических наблюдений на не-
больших и вузовских обсерваториях. Представляют собой умень¬
шенную и упрощенную копию прибора № 1.
Образец: 13" рефлектор работы Ленинградского астрономи¬
ческого института, установленный на вилке (рис. 171).
Рис. 171.
Оптика. В телескопах до 12" оптические системы такие же,
как в больших рефлекторах. К оптическим системам, особенно
применимым к малым рефлекторам, нужно отнести анаберраци-
онную систему Шмидта, являющуюся катодиоптрической и имею¬
щей сферическое зеркало и почти плоскопараллельный диск оп¬
ние диска для главного зеркала. Сплошной диск построить признается
почти невозможным. Риччи перешел к опытам изготовления составных
клееных зеркал (см. его книгу .Развитие астрофотографии и телескопы
будущего*). Работа в этом направлении ведется сейчас и в СССР.
258
тического стекла в центре кривизны зеркала. Система испытана 1
и дала вполне совершенные изображения на 8°. Она имеет однако
кривое поле и требует употребления пленок. Обычные рефлекторы
от 10" и меньше при светосиле в 1:10 можно делать со сфери¬
ческим зеркалом, потому что в этих случаях эти зеркала будут
отступать от идеального параболоида не больше, чем на 0,05 X.
Механика. Малые рефлекторы монтируют по большей части
на вилке или на немецкой параллактической установке. Очень
часто употребляют трубу-гид. Часовые механизмы ставят с гире¬
вой тягой и с центробежным регулятором.
3 (Ф). Большие телескопы-рефлекторы с двухлинзовым ахро¬
матическим объективом. Ранее строились для визуальных наблю¬
дений и микрометрических измерений. Впоследствии, специальным
расчетом ахроматизации объективов у новых приборов или введе¬
нием коррекционных линз в старых, эти рефракторы были при¬
способлены для фотографирования. Оба типа инструмента являются
оборудованием первоклассных обсерваторий.
О б р а з е ц: 40" рефрактор в Иеркссовской обсерватории около
Чикаго (рие. 172).
Оптика. Две линзы из обычных крона и флинта, диаметром
до 100 см и фокусом до 19 см. Ахроматизация рефрактора бывает
визуальная, фотовизуальная и фотографическая (см. табл. 27).
Оптические качества объективов определяются кривыми их сфери¬
ческих аберраций (см. гл. I).
Таблица 27
Ахроматизация рефракторов и астрографов (в 10~3 F)
T. M.
Рефракторы
А с
трографы
Ахроматы
Апохро¬
маты
2-линзовые
4-линзовые
Фотови-
зуальные
350
-2,2
—13,4
375
—
—
Ь0,5
—0,6
— 9,2
400
—
—
-1,1
+0,1
— 4,5
425
—
—0,6
-1,0
+0,6
— 2,6
450
—0,8
-0,4
-0,8
+0,5
— 1,3
475
—0,3
—0,1
-0,3
+0,2
— 0,4
486
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
500
+о,з
0,0
—0,3
—0,2
+ 0,3
525
+0,6
+0,1
-1,1
—0,4
+ 0,5
550
+0,6
+0,1
-1,7
—0,9
+ 0,6
575
+0,7
+0,03
-2,5
—1,3
+ 0,6
600
+0,6
0
-1,6
+ 0,6
625
+0,5
0
—
-2,0
+ 0,6
650
+0,2
0
—4,8
—2,4
+ 0,5
1 В. Schmidt, Ein lichtstarkes Komafreies Spiegelsystem, Mitteilungen
der Hamburger Sternworte 7, Jsfe 36.
17* 259
Механика. Стальная клепаная труба. Немецкая парал¬
лактическая установка с высоко поднятыми на колонне корот¬
кими осями. (В новых инструментах эти оси делаются на шарико¬
подшипниках.) Разделенные круги на осях; оптические системы
для их отсчета от окуляра. Часовой механизм с гиревой или элек¬
трической тягой и регулятором с коническим маятником Репсельда
или с шаровым центробежным регулятором. Приспособление для
секундного контроля хода механизма от часов обсерватории.
Рис. 172.
Адаптеры на окулярном конце для крепления окуляров, позици¬
онного микрометра, кассет и спектрографа. Искатель. 1
1 Размеры 40" рефрактора признаются сейчас предельными, выше
которых не имеет смысла итти из-за увеличения светопоглощения я
трудности изготовления крупных блоков оптического стекла. Строитель¬
ство больших телескопов везде идет теперь по напоавлению создания
очень крупных рефлекторов. »Детальное описание больших рефракторов
имеется в Л^рудах“ Пулковской обсерватории и Обсерваторий Иеркесса
и Лика.
260
4 (Т). Рефрактор средних размеров (до 10" в диаметре) для
малых обсерваторий, вузов, дворцов соцкультуры и планетариев.
Образец: рефрактор К. Цейсса (рис. 173).
Оптика. Ахроматический объектив двухлинзовый (тип В) или
объектив-апохромат двух- (тип А) или трехлинзовый (тип В)
(рис. 174). Набор окуляров Гюйгенса фокусом от 40 до 12 мм
и ортоскопических фокусов от 10 до 5 мм.
Механика. Более крупные инструменты имеют несколько
упрощенную установку типа прибора N° 3. Рефракторы 4—5“
устанавливаются на параллакти¬
ческом штативе с деревянной
массивной треногой и могут по
^желанию иметь часов,ой механизм.
5 (М). Малые рефлекторы и
трубы для массовой работы
(для школ, любителей астроно¬
мии и политико-просветительной
работы). Эти инструменты должны
быть переносными, отличаться
Рис. 174.
сравнительно малой массивностью, компактностью и дешевизной.
Для любителей, для клубов и домов культуры нужен инструмент
до 6—8" диаметром. Для школ — трубы 3—4" диаметром.
Образцы:1 а) рефлекторы на немецком параллактическом
штативе;
1 Размеры инструментов, указанных в качестве образцов, намечены
I Всесоюзным астрономо-геодезическим съездом. Конструкция и идея
малого рефлектора принадлежит сотруднику Государственного оптиче¬
ского Института Д. Д. Максутову,, под руководством которого в 1923 г.
Одесский физический институт выпустил около 150 таких рефлекторов;
261
Рис. 173.
б) упрощенный рефлектор на вилке;
в) трехдюймовая труба на азимутальной треноге с вилкой
(рис. 175).
Оптика: см. табл. 28.
Таблица 28
Оптика малых рефлекторов и труб для массовой работы
Тип
Диаметр
объек¬
тива мм
Све¬
то¬
сила
Мате¬
риал
Дополни¬
тельное
зеркало
Окуляры
Искатель
а
200
1 : 9
Пирекс
Зеркало
Диаметр
50 мм
б
100
1:10
»
Призма
полн. вн.
Гюйгенса,
фокусом 40,
25, 12 и
6 мм
Визир
от р.
в
80
1:15
Крон и
флинт
■
Диаметр
20 мм
Механика. Рефлекторы в металлических Сплошных трубах.
Центрировка зеркал системой трех притягивающих и трез^ оттал¬
кивающих винтов. В большом реф¬
лекторе—параллактический шта¬
тив с переменной широтой, нали¬
чием микрометрических движений
и возможностью установки часового
механизма. В малом дешевом реф¬
лекторе широкого потребления —
параллактическая установка для
средней широты СССР (51°). Астро-
комическая труба на азимуталь¬
ном шщативе цейссовского типа
(рис. 175).
6 (Т). Астрографы. Инструмен¬
ты, несущие на параллактической
установке один или несколько фо¬
тографических. объективов для фо¬
тографирования с их помощью неба,
а также связанный с ними визуаль¬
ный рефрактор (для контроля пра¬
вильности хода часового механизма
во время экспозиции).
Астрографы разделяются на:
1) длиннофокусные (светосилой 1:12), так называемые „нор¬
мальные“ астрографы;
262
Рис. 175.
2) короткофокусные (светосилой до 1 : 31/г); очень светосиль¬
ные (до 1 : 1,8) астрографы с объективами малого диаметра для
специальных целей (фотографирования слабых объектов, комет и
метеоров).
Образцы: а) Липперт-астрограф Бергедорфской обсервато¬
рии, объединяющий в одном инструменте длиннофокусный и
мощный короткофокусный астрографы (рис. 176);
б) рефрактор, несущий на себе короткофокусные камеры
(рис. 177).
Оптика астрографов различна в зависимости от цели их
применения. Большинство объективов имеет фотографическую
ахроматизацию к лучам длиной волны около 440 м jx (табл. 27)#
263
Рис. 177.
Рис. 176.
Для снимания небесных объектов в лучах длиной волны 500—
650 м\1 на панхроэмульсиях строят фотовизуальные ! объективы,
в этих пределах длины волн сводящие лучи близко к одной плос¬
кости. Наличие инфракрасных пластинок, улавливающих излуче¬
ние до 1200 m\l, ставит перед оптикой задачу создания объекти¬
вов соответствующей ахроматизации. Из существующих объек¬
тивов астрографов следует отметить:
1) светосильные для слабых объектов: Астро-Петцваль (свето¬
сила 1 : 5, см. гл. X) и Астро-Тессар (светосила 1 :5— 1:
см. гл. X) Цейсса и объективы Астро-Триплет (см. гл. X);
2) очень светосильные (светосила 1 : 2,3—1 : 1,8, см. гл. X);
Тахары фирмы Astronomische Gesellschaft.
Оптические данные этих объективов приведены в табл. 29.
Таблица 29
Объективы астрографов
о.
о
к
о
к
2
Тип
Диаметр
мм
Светосила
Сорта советских
стекол
1
Нормальный . .
100—300
1:12
Обычные крон и флинт
Флинт с. 16, крон с. 14
2
Петцваль . . .
300-80
1 :5
и с. 12
Флинт с. 16, крон с. 24,
крон-флинт с. 49, крон
3
Тессар . . • .
от 200
1 :5-1:31/г
с. 12
4
Пан-Тахар • . .
от 80
1: 2,3—1:8
Нет данных
Механика. Особенности конструкции астрографов:
а) Наклон колонны параллактического штатива, параллель¬
ной оси вращения земли.
б) Крепление одного или двух фотообъективов и визуального'
объектива ведущего рефрактора в одной овальной трубе для
уменьшения влияния диференциального гнутия (упомянутые выше
особенности конструкции наиболее часто применяются у длинных
астрографов).
в) Крепление ряда короткофокусных камер на одной длин¬
ной полярной оси.
г) Крепление камер в качестве противовеса на немецкой па¬
раллактической установке (рис. 176).
д) Часовой механизм с секундным контролем от контактных
часов обсерватории. При короткофокусных астрографах последнее
может позволить осуществлять ведение за звездой настолько
точно, что наблюдателю, работающему на таком инструменте, можно
будет устанавливать его на нужный участок неба и открывать за¬
твор. Это обстоятельство позволяет одному наблюдателю обслужи¬
вать сразу несколько инструментов.
264
7 (Ф). Приборы для исследования солнца, куда относятся:
1) неподвижные вертикальные или горизонтальные телескопы,
дающие изображение солнца большого (до 30 см диаметром) раз¬
мера; 1
2) целостатные установки для направления лучей солнца все
время в неподвижный телескоп; 2
3) спектрографы, спектрогелиографы или спектрогелиоскопы
для спектрографирования деталей солнца, фотографирования его
поверхности в свете одной монохроматической линии или для рас¬
сматривания его поверхности в том же свете.
Неподвижные телескопы с очень длиннофокусными (/ до*
1:100) объективами и зеркалами. Спектрографы для исследования
солнца бывают многопризменные и дифракционные (в частности,
автоколлимационные, типа Литрова).
Рис. 178.
а) Целостат (рис. 178). Принцип его состоит в том, что на
полярной оси прибора укрепляется плоское зеркало, вращаемое
вокруг нее часовым механизмом со скоростью 1 оборота в 48 час.;
зеркало это вращается еще вокруг оси склонения. Правильно
установив часовую ось и повернув на соответствующий угол зер¬
кало, можно упавший на него луч солнца отразить в направлении
полярной оси. Вторым зеркалом целостата, перехватывающим
этот луч и поворачивающимся вокруг своих осей, отбрасывают его^
либо в вертикальный либо в горизонтальный телескопы. Оба зер¬
кала должны быть первоклассными. Размеры их рассчитывают.*,
принимая во внимание то, что при отражении света солнца в объ¬
ектив от обоих зеркал при разных углах и их установке зеркала^
не должны диафрагмировать полезного отверстия объектива.
б) Спектрогелиографы и спектрогелиоскопы 8 — спектральные
приборы с двумя щелями: изображение солнца с помощью оптики,
солнечного телескопа проектируется на плоскость первой щели..
Посредством часового механизма телескопа положение этого изоб¬
ражения относительно частей солнечного телескопа и спектроге¬
лиографа сохраняется неподвижным. Первая щель, находящаяся:;
в фокусе солнечного телескопа и играющая для спектрогелиографа.;
1 Astrophysical Journal 23, 1906.
2 Annals of Smitsaman Astrophysical Observatory 1.
3 Contribution from Mont Wilson Observatory, № 388.
265>
роль обычной щели спектрографа, делается подвижной и может
перемещаться перпендикулярно своей длине по изображению солнца.
От первой щели с помощью трех призм или дифракционной ре¬
шетки и с помощью объективов камеры и коллиматора получают
изображение спектра той части солнца, которая при данном по¬
ложении щели на нее проектируется. В плоскости изображения
спектра устанавливается вторая щель, параллельная и равная по
длине первой и связанная с нею механически так, что обе щели
должны перемещаться одновременно, чтобы при продвижении по
изображению солнца первой щели от всех его частей на вторую
щель попадали монохроматические изображения. Изменением рас¬
стояний между обеими щелями можно добиться того, чтобы это
осуществлялось для разных участков спектра. Непосредственно за
второй щелью устанавливается фотопластинка. Передвижение
щелей по диску солнца осуществляется часовым механизмом. При
этом на фотопластинке получается монохроматическая фотография
всей поверхности солнца. Эта схема прибора может быть не->
сколько изменена. Иногда фотопластинка и изображение солнца
остаются неподвижными, а весь спектрогелиограф, вместе со ще¬
лями, во время экспозиции движется относительно них.
Если установить перед обеими щелями прибора две совер¬
шенно одинаковые плоскопараллельные пластинки и за пластин¬
кой, стоящей за второй щелью, поставить окуляр, то, вращая од¬
новременно обе пластинки так, -чтобы они оставались параллель¬
ными друг другу, мы в окуляр увидим визуально поверхность
солнца в монохроматическом свете той или рной длины волны.
Б этом случае поворот пластинок даст перемещение изображения
солнца по первой щели и проекцию монохроматического изобра¬
жения его частей в глаз. Такое видоизменение прибора предста¬
вляет собой спектрогелиоскоп (рис. 178).
в) Спектрорегистратор скоростей — спектрографический при¬
бор с двумя щелями для изучения некоторых явлений на солнце
(например солнечных образований, обладающих большими скоро¬
стями по лучу зрения). Изображение солнца и фотойластинок
спектрографа автоматически скачкообразно перемешается при по¬
мощи специальных механических приспособлений. На пластинке
получается ряд прилегающих друг к другу полосок, представляю¬
щих собой сфотографированные участки слектра солнца. Специ¬
альные промеры получившихся спектроснимков дают необходи¬
мые данные для упомянутых исследований.
В последнее время появились специальные комбинированные
установки, состоящие из двойного спектрогелиографа и спектро-
регистратора скоростей (Хэйл, Юлиус и д’Азамбужа). Суще¬
ствование таких конструкций желательно, так как дает возмож¬
ность получать два снимка в двух участках спектра, что важно
для успешного разрешения многих задач при наблюдении солнца.
г) Спектрогелиокинематограф (обсерватория Мичиганского
университета в США, 1933 г.) объединяет в себе функции спек-
266
трогелиографа и регистратора скоростей. В конструкции этого
прибора применена киносъемочная установка.
д) Гелиострой (или большой солнечный телескоп) (схема
Е. Я. Перепелкина, Пулково) — тип установки, в основном соеди¬
няющей в себе целый ряд отдельных инструментов.
Эта установка представляет собой комбинированный сложный
агрегат большого солнечного телескопа, могущий производить ра¬
боты, как: 1) двойной спектрограф с большой дисперсией, 2) двой¬
ной спектрогелиограф, 3) двойной спектрорегистратор скоростей
и 4) двойной спектрогелиоскоп, в котором могут быть выделены
два любые участка солнечного спектра. 1
Рис. 178а,
Гелиострой составляется из следующих основных оптически
деталей: 2 плоские зеркала диаметрами 650 и 700 мм для цело¬
стата; вогнутое параболическое зеркало диаметром 500 мм;
2 плоские зеркала диаметром 280 мм; гиперболическое выпуклое
зеркало для системы Кассегрена диаметром 200 мм; объектив
диаметром 200 мм; дифракционная решетка и ряд мелких (срав¬
нительно с перечисленными) оптических деталей, как то: объек¬
тивы для коллиматора и камер спектрографа, плоские зеркала
80X1^0 мм, окуляры, плоскопараллельные пластинки,, тройная
призма прямого зрения, прямоугольные призмы полного внутрен¬
него отражения, стеклянные параллелепипеды и т. д. Все это обле¬
чено в достаточно сложную механическую систему, заключен¬
ную в отдельную башню для наблюдений (специальное здание —
лаборатория). Схема подобного комплексного инструмента вместе
с башней представлена на рис. 178а.
е) Протуберанц-спектроскоп — специальный спектральный при¬
бор, предназначенный для наблюдения солнечных образований —
1 Курс астрофизики и звездной астрономии, часть I, под ред. Г е*
расимовича, 1934.
267
протуберанцев. Прибор дает возможность представить высоту и
направление (угол положения) протуберанца,'т. е. формы и размеры его.
Существует несколько конструкций таких приборов, в принципе
однако одинаковых. Показанная на рис. 179а укороченная система
протуберанц-спектроскопа Цейсса состоит из следующих частей:
коробка, в которой находятся 3 призмы прямого зрения (Амичи)
и 2 поворотные призмы; коллиматорная трубка со щелью, ^'воз¬
можностью регулирования ширины ее и положения; зрительная
наблюдательная труба и трубка для контроля; позиционный круг
с делениями для фиксирования угла положения протуберанца отно¬
сительно касательной линии (к диску солнца) в месте, где он наблю¬
дается, и окулярный микрометр для определения высоты про¬
туберанца. Прибор приспосабливается к окулярному концу теле¬
скопа, которым ведутся наблюдения.
268
Рис. 1796.
Рис. 179а,
8 (В). Спектрографы для крепления на окулярную часть
телескопа. В зависимости от целей работы в астрофизике упо¬
требляются: спектрографы щелевые, бесщелевые, одно- и многоприз¬
менные (рис. 1796) и спектрографы с дифракционными решет¬
ками. Наконец для фундаментальных установок применяют авто-
коллимационные дифракционные спектрографы типа Литрова.
В спектрографах светосила коллиматора подбирается равной све¬
тосиле того инструмента, для которого спектрограф рассчитывается.
Данные о разных типах спектрографов приведены в табл. 30.1
Таблица 30
Типы спектрографов
Линей¬
Свето¬
№ по
Тип
Число
ная дис¬
Область
персия
сила
пор.
призм
X = 4300
камеры
применения
к/мм
1
Щелевой приз¬
менный для боль¬
1:10 и
Интенсивность
и контуры линий,
шой дисперсии
3
8
1:4,5
лучевые скорости
2
То же, для сред¬
1: 10 и
Интенсивность
ней дисперсии
1
30
1 :4,5
линий, лучевые
скорости, распре¬
деление энергии
в спектре
3
То же, для очень
500
Распределение
малой дисперсии
1-2
до 1:0,6
энергии, очень
большие лучевые
скорости, отожде¬
ствление спектра
слабых звезд
4
Дифракционный
—
20
1:10
Инфракрасные
спектры звезд
5
Спектрограф
1:100
Спектр солнца,
Литрова
—
1
детали строения
линий
6
Бесщелевой
1
60
1:4,5
Спектрофото-
метрия, отожде¬
ствление спектров
Образцы: а)трехпризмовый „нормальный“ спектрографТепфера;
б) однопризмовый массивный спектрограф.
Оптика. Призмы из флинта, крона, увиоля и кварца (для
спектрографов, употребляющихся для изучения ультрафиолетовых
участков спектра). Плоскости призм изготовляются с точностью
до 0,5 X; преломляющие углы — обычно от 30° до 60°. Дифрак¬
ционные решетки до 14 000 делений на Г'. Объективы колли-
1 А. А. Белопольский, Курс астроспектроскопии, Научное книго¬
издательство, Ленинград 1921.
269
маторов ахроматы в стеклянных и из кварцевых линз в кварцевых
спектрографах. Объективы камер — типа хромат1 со светосилой
от 1:12 до 1:4,5 (рис. 180) и типа измененного микрообъектива
для светосилы 1:0,6.
Механика и особенности конструкции: а) жесткая коробка
для призм, за которую с помощью специального адаптера спектро¬
граф крепится к телескопу; б) крепление коллиматора и камер
к этой коробке; в) термостат электрический, поддерживающий
вокруг спектрографа температуру с точностью до 1°; г) приспо¬
собление для гидровки по отражению изображения звезды от внеш¬
ней стороны щели в новых приборах или от поверхности призмы
в бесщелевых и старых щелевых приборах; д) специальный расчет
конструкции спектрографа на минималь¬
ное диференциальное гнутие.
9 (В). Объективные призмы. Цель —
получение спектров всех звезд, попадаю¬
щих в поле астрсграфа. Призма устана¬
вливается в параллельном пучке, падающем
;
на объектив астрографа. В последние годы применяются преиму¬
щественно для получения сравнительно коротких спектров (от 10
до 1,5 мм на 1000 А) слабых звезд. Устанавливаются главным
образом на светосильных астрографах.
Образец: призма на цейссовском астрографе (рис. 181).
Оптика. Материал для призм — бессвильный флинт, крон
и увиоль. Требование к стеклу — минимальное поглощение ультра¬
фиолетовых лучей. Диаметры призм — от 550 до 75 мм. Точность
изготовления плоскостей—0,25 X. Преломляющие углы—от 5° до 45°.
Механика. Оправа призмы—для крепления на объектив
астрографа, с приспособлениями для поворота призмы вокруг оси»
параллельной преломляющему ребру, при установке ее на мйнимум
отклонения и поворота призмы вокруг оптической оси астрографа.
Плоскость симметрии призмы должна составлять с этой оеьво
угол, равный */2 угла отклонения.
10 (В). Астрофотометры. Приборы для крепления на окуляр¬
ную часть телескопа для измерения или видимых величин (блеска)
Рис. 181.
1 Hartmann, ZS. f. Instrument. 24, 1904.
270
Рис. 180.
звезд или поверхностных яркостей небесных объектов. Разделяются
на: 1) объективные фотоэлектрические и 2) визуальные, если
сравнение яркостей и блеска производится с помощью глаза.
1) Объективные фотоэлектрические фотометры имеют преиму¬
щество в большем диапазоне длин волн, улавливаемых фотоэле¬
ментами и в большей точности измерений (до 0,1 °/0). Такой при¬
бор представляет собой фотоэлемент в оправе, устанавливаемый
на окулярную часть инструмента. В эту оправу включается при¬
способление для контроля наводки в виде призмы с окуляром,
вдвигаемой на пути лучей перед фотоэлементом. Вторая часть
прибора — электрометр или усилительная схема для измерения фото¬
тока с помощью более (грубого прибора. Важное свойство
фотоэлемента — его способность измерять падающий на него
поток.
2) Визуальные астрофотометры делятся на два типа. К первому
относятся фотометры на гашение, основанные на постоянстве
порога чувствительности глаза.1 Это дает возможность строить
простые клиновые фотометры для измерения предельно слабых
яркостей (точность ± 6—8%). Ко второму типу относятся фо¬
тометры для сравнения объекта с искусственной звездой (точ¬
ность:^ 4—7%) или с полем сравнения (точность до ±2%).
В настоящее время последние приборы являются ходовыми.
Образцы: а) универсальный фотометр Розенберга для изме¬
рения блеска звезд и поверхностной яркости объектов; б) фото¬
метр Граффа для тех же целей.
Эти приборы имеют: а) плоскопараллельную Пластинку, стоящую
под углом 45° к оптическим осям прибора, для отражения в глаз
изображения искусственных звезд и кубик Люммера (обе детали
устанавливаются взамен друг друга в фокальной плоскости рефрак¬
тора); б) лампу накаливания для искусственного источника сравне¬
ния; в) систему для ослабления искусственного источника в и&-
вестном отношении (клин, николи2 и т. д.).
Оптика: а) плоскопараллельные пластинки; б) призма Люм¬
мера с малым (0,5—2,0 мм) центральным полем; в) положитель¬
ный окуляр с фокусом 40—10 мм; г) система, дающая изображение
искусственной звезды (лампа, диафрагмы, линзы, матовые стекла,
объективы микроскопа или посеребренный выпуклый шарик);
д) система двух иди трех николей и нейтральные стеклянные клинья
для ослабления яркости; е) фильтры или окрашенный синий клин
для подгонки цвета; ж) контрольный окуляр.
Механика: а) основной куб—для установки призм Люммера,
плоскопараллельного стекла и крепления на нем переходного
кольца на телескоп' от окуляров в измерительной части фотометра
и противовеса; б) система колец, позволяющая поворачивать фото-
1 Г. А. Т и х о в, Курс астрофотометрии, Научное книгоиздательство*
Ленинград 1921.
2 Фотометр Граффа не имеет николей.
271
тлетр вокруг оптической оси телескопа; в) противовес; г) измери¬
тельная часть прибора с разделенными кругами для николей,
шкалами и рамками с кремальерой для клиньев, сменными диа¬
фрагмами и фильтрами и искусственным источником; д) преци¬
зионный вольтметр и реостаты для контроля накала ламп.
§ 2. Астрометрические приборы1
1 (Т). Универсальный инструмент для определения широты,
времени и долготы по измерениям b^icot и азимутов светил.
Является основным астроме¬
трическим прибором, позво¬
ляющим вести астрометри¬
ческие работы. Усилением
его отдельных деталей за
счет других деталей были
разработаны другие астроме¬
трические инструменты для
специальных задач (именно:
вертикальный круг — для из¬
мерения зенитных расстоя¬
ний и склонений звезд; пас¬
сажный инструмент — для
определения времени и пря¬
мых восхождений звезд; ме¬
ридианный круг — для со¬
вместного определения пря¬
мых восхождений и склоне¬
ний, а также и другие ин-.
струменты). Универсальный
инструмент по идее — труба,
вращающаяся вокруг гори¬
зонтальной и вертикальной
осей; угол ее поворота
в обеих плоскостях отсчи¬
тывается по имеющимся на инструменте разделенным кругам либо
с помощью нониусов либо микроскопами с окулярными микро¬
метрами.
Образец: универсальный инструмент Бамберга с ломаной
трубой, с микроскопами для отсчетов кругов (до 2") и с уро¬
внями накладными и алидадными (рис. 182).
Оптика: а) объективы-ахроматы светосилой 1:10 и диа¬
метром 70 — 20 мм; б) окуляры Рамсдена с фокусом 8 — 20 мм
для поля от 0,8° до 3,0°; в) оптика отсчетных микроскопов; г) призма
полного внутреннего отражения; д) уровни с делениями от 1#
до 30".
1 Ambronn, Handbuch der Astronomischer Instrumentenkunde, Sprin¬
ger, Berlin 1899.
Рис. 182.
272
Механика: а) станина со втулкой для вертикальной оси;
6) вертикальная ось; в) наложенная на нее лагерная втулка с ла¬
герами для горизонтальной оси; г) горизонтальная ось с просверлен¬
ными цапфами и кубом для полного внутреннего отражения; д) раз¬
деленные круги (2), диаметром 8 — 35 см и с делениями от */8°
до */12°, и в больших инструментах — еще малый вертикальный круг-
искатель; е) две рамы с двумя микроскопами каждая — для отсчета
кругов (микроскопы имеют окулярные микрометры; для верти¬
кального круга они крепятся на алидаде с уровнем); ж) накладной
уровень для горизонтальной оси; з) окулярный микрометр с пово-
Рис. 183.
ротами вокруг оптической оси инструмента на 90°; и) пружина
для ослабления давления на цапфы.1
2 (Т). Переносный пассажный инструмент для наблюдения
прохождения звезд и географической широты и долготы места
наблюдения. Образец: пассажный инструмент с ломаной тру¬
бой типа Бамберга (рис. 183).
Оптика: а) объектив-ахромат диаметром 50—100 мм и фоку¬
сом 450—1000 мм; б) положительные окуляры с фокусом 8—10
и 15 мм; в) прямоугольная призма для отражения пучка лучей
от объектива и ось вращения, в конце которой устанавливается
1 Такие инструменты разных размеров и точности требуются для опре¬
деления широты и времени в экспедициях, при геодезических работах,
а также для учебных и школьных работ.
lg Заж. 3730. Справочн. вн. оптжко - м о х ад и ка.
273
окуляр; г) уровни: накладной — на горизонтальной оси, талькотов-
ский — с делениями до 2".
Механика: а) цилиндрические цапфы горизонтальной оси
должны удовлетворять самым высоким требованиям в смысле пра¬
вильности кругового сечения,
равенства диаметров обеих цапф
и коаксиальности; б) штатив
со станиной с лагерами на трех
установочных винтах, с при¬
способлением для ослабления
нагрузки на лагеры и для бы¬
строй перекладки оси; в) по¬
движные части — литая брон¬
зовая ось с кубом посередине
и стальными просверленными
цапфами; труба, укрепляемая
на осевом кубе с фланцем для
винтов на одном конце и опра¬
вой для объектива на другом;
противовес для уравновешива¬
ния трубы и вертикальный круг-искатель для установки инстру¬
мента на звезды; г) детали, имеющие самостоятельное значение:
навесной уровень на горизонтальную ось, безличный микрометр
Рис. 185.
(см. № 3), обыкновенный микрометр с поворотом коробки на 90°,
парный уровень Талькотта.1
3 (В). Микрометры. 1) Безличный саморегистрирующий микро¬
метр к пассажному инструменту.
1 Переносные пассажные инструменты описанного типа стали при¬
меняться для первоклассных определений широты,, долготы и времени
в экспедициях. Для очень точного определения прямого восхождения
создаются большие модели пассажных инструментов с прямой трубой.
274
Рис. 184.
Образец: безличный микрометр Бамберга (рис. 184) с оку¬
лярами и реверсионной призмой.
Механика: а) микрометренный винт с шагом в 0,5 мм
и рабочим прогоном в 10 оборотов; б) рейка с гайкой на винт
для укрепления подвижных нитей; в) контактная шайба никелевая
со стеклянными штрейфами; г) коробка с ведущими рельсами для
рамки с нитями; д) пружины для оттягивания рамки с нитями;
е) отсчетный барабан со счетчиком оборотов; ж) скользящий
контакт.
Рис. 186.
2) Позиционный нитяный микрометр для установки на реф¬
рактор и диференциальных измерений положений звезд.
Образец: позиционный микрометр Цейсса, модель 2
(рис. 185).
О пт и к а: лупы (12) для отсчетов позиционного кругд; окуляры
(3) с диоптрийной установкой и 1—без нее.
Механика: 1) а — измерительный винт со счетчиком оборотов;
2) b — приспособление для перемещения всей коробки микрометра;
3) су d — перемещение окуляра в двух направлениях; 4) элект¬
рическое освещение поля и нитей; 5) реостаты для регулировки;
6) е — позиционный круг с делениями через 10; 7) /—закрепле¬
ние и микрометренное движение по позиционному углу.
18* 275
4 (Ф). Меридианные круги для фундаментальных опреде¬
лений положения звезд (прямых восхождений и склонений).
Фундаментальная обсерваторская установка. Выполняет работу пас¬
сажного инструмента (определение прямых восхождений) и верти¬
кального круга (определение склонений).
Образец: меридианный круг Бамберга с объективом в 81 мм
и безличными микрометрами (рис. 186).
Оптика: объективы типа А Цейсса от 80 до 200 мм диа¬
метром и от 1 до 2 м фокусом; положительные окуляры для
микрометров; оптика отсчетных микро-*
скопов; ахроматические объективы колли¬
маторов, неахроматические очень длинно¬
фокусные линзы i для мир; навесной уро¬
вень (до 1").
Механика: а) каменные столбы на
отдельном фундаменте для установки ла¬
геров для цапф; б) опоры с лагерами для
цапф с массивными барабанами для ми¬
кроскопов и приспособлениями для об¬
легчения давления на цапфы; в) гори¬
зонтальная массивная ось с кубом по
середине и со стальными высокой точ¬
ности цилиндрическими цапфами; г) со¬
ставные части трубы инструмента — две
медные конические трубы с фланцами для
крепления труб к кубу и с переходными
кольцами для крепления к ним объектива
и окулярной части; д) защитная труба;
е) окулярная часть с безличным микро¬
метром; ж) два разделенные круга с де¬
лениями через 2', диаметром около 650 мм,
и восемь отсчетных микроскопов с ми¬
крометрами; з) микрометрическая подача инструмента по скло
нению (вокруг горизонтальной оси); и) сеточный аппарат для
ослабления яркости звезд; к) два коллиматора; л) домкрат для
подъема инструментов; м) навесной уровень для горизонтальной
оси; н) освещение поля.1
б (Т). Зенит-телескопы с прямыми и ломаными трубами для
определения широты времени и изменения широты (рис. 187).
§ 3. Лабораторные приборы
1 (Т). Лабораторные микрофотометры для промеров астрономи¬
ческих негативов. В астрофизике используются для промеров плотно¬
*В число фундаментальных обсерваторских инструментов, кроме ме¬
ридианного круга и пассажного инструмента, входят еще: 1) вертикаль¬
ный круг, представляющий собой увеличенную модель универсального
инструмента с очень точным вертикальным кругом и малым горизон¬
тальным кругом, и 2) большой зенит-телескоп.
276
Рис. 187.
стей: денситометры Мартенса, микрофотометры Гартмана и реги¬
стрирующие микрофотометры с термоэлементами и фотоэлементами
(Коха, Молля и Цейсса), применяемые для этой же цели в фото¬
графических и физических лабораториях. К чисто астрономическим
моделям микрофотометров следует отнести микрофотометры, при¬
способленные к измерению средней плотности на исследуемом
участке негатива при очень неравномерном распределении
плотностей на этом участке. К таким приборам относятся:
визуальные микрофотометры на принципе Максвелла, построен¬
ные Фабри (Парижский оптический институт) и разрабатываемые
Ленинградским астрономическим институтом, и объективные мин-
рофотометры Схилта, Розенберга, Андерсена и Астрономического
института. Светоприемниками в последних служат термоэлементы
или фотоэлементы разных типов.
1) Визуальный микрофотометр (А. В. Маркова).
Образец: микрофотометр схемы АИ 1932 (рис. 188). В при¬
боре на малую диафрагму о, устанавливаемую перед глазом,
проектируются оптическими системами Oj 02 и 08 изображения
диафрагм Dt и D2• Первая система представляет собой поставлен¬
ные навстречу друг другу и совершенно одинаковые микроскопи¬
ческие объективы Ог и 02, между которыми устанавливается
промеряемый негатив. Первый из объективов проектирует на него
уменьшенное изображение dt диафрагмы Du а второй, после от¬
277
Рис. 188.
ражения в люммеровской призме, проектирует на глазную диафраг¬
му в d' попавшее изображение части негатива d/. Посредством приз¬
мы полного внутреннего.отражения Pk и объектива 02, через второе
поле той же люммеровской призмы, на глазную диафрагму попа¬
дает изображение диафрагмы D2. Глаз видит через оба фотометри¬
ческие поля призмы, равномерно освещенные объективы 02 и 03.
Яркость объективов дает формула:
Так как расстояния ft и /2 от глазной диафрагмы до системы
Ofi2 и от этой системы до диафрагмы Dx равны, при
имеем Bi — Bzv где t — поглощение и В — яркость диафрагм.
Во втором пути:
где тоже ft — /2 и, при D2^О, В2 — В т2. Отсюда яркости обоих
полей соответственны прозрачности оптических систем обоих
путей.
При равенстве яркостей полей т1=т2.
Из той же формулы мы видцм, что при введении в изобра¬
жение rfj частей негатива с разными плотностями всегда можно
выравнять яркости фотометрических полей, двигая перед диафраг¬
мой Da серый клин. Для астрофизики прибор указанного tnna
интересен в том отношении, что им легко измерять величины
(блеск) звезд по их фокальным снимкам.
Оптика: два объектива микроскопа 10 — 12х, апертура 0,3;
люммеровская призма, набор глазных линз разных диоптрий для
резкой видимости фотометрической границы призмы; призмы
полного внутреннего отражения; контрольный окуляр М для
наводки на нунфый участок негатива и фотометрический клин.
Механика: выбеленный внутри осветитель с двумя отвер¬
стиями; сменные диафрагмы Dx и Ь2; фокусировка объектива 02
кремальерой; автоматическая фокусировка одного из объективов
микроскопа на пластинку прижиманием ее слоя к конусу, жестко
скрепленному с объективом; микрометренное передвижение объек¬
тивов микроскопа по оптической оси; столик для пластинок
с перемещением их по двум координатам и с поворотом по
позиционному углу; сменные глазные диафрагмы.
2) Объективный микрофотометр.
Образец: объективный микрофотометр АИ 1933 (В. Б. Нико¬
нова). Принцип действия прибора—тот же, что и у визуального микро¬
фотометра. Интенсивность потока света, прошедшего через негатив
(на изображении диафрагмы), измеряется по току, возбуждаемому
им в фотоэлементе, куда он попадает через второй объектив микро¬
скопа. Величина фототока оценивается по отбросу гальванометра,
278
Для получения измеримых отбросов приходится создавать в изо¬
бражении большие яркости. Осветитель объективного микрофо¬
тометра состоит из лампы с конденсором, проектирующим изобра¬
жение нити на объектив микроскопа. На пластинку проекти¬
руется этим объективом изображение диафрагмы, устанавли¬
ваемой вплотную к конденсору (рис. 189).
Оптика: конденсор осветителя от звукового блока говорящего
кино; объективы микроскойа: увеличение—10—12х, апертура—0,3;
вентильный селеновый фотоэлемент с отдачей в 200—400 тА\лм\
слабый окуляр для рассматривания негатива и отсчета гальвано¬
метра; плоскопараллельная пластинка для отбрасывания в окуляр
изображения негатива; оптика для отсчета двух координат пла¬
стинки в одном окуляре.
Механика: диафрагма, автоматическая фокусировка и мик-
рометренное перемещение объектива микроскопа; столик для
пластинки с коррекцией по позиционному углу и перемещение
по двум координатам; зеркальный гальванометр 6 типа Физиче¬
ского института ЛГУ с линзой перед его зеркалом.1
*Оба прибора, кроме промера звездных величин, могут применяться
для измерения интегральной интенсивности спектральных линий и обыч¬
ных промеров плоскостей. Подробное описание их печатается в »Бюлле¬
тене Астрономического института®.
279
Рис. 189.
2 (Т). Приборы для измерения координат на астрономических
негативах. Эти измерения на негативах и спектрограммах можно
производить обычными физическими компараторами с микрометрен-
ными винтами и шкалами. Кроме того есть несколько моделей
таких приборов, специально разработанных астрономами примени¬
тельно к чисто астрономическим работам. Вообще эти приборы
разделяются на:
1) приборы для промера на негативах обеих координат или
с одним измерительным винтом и позиционным кругом или с двумя
перпендикулярными измерительными винтами;
Рис. 190.
2) специальные приборы для промера и сравнения спектро¬
грамм (спектрокомпараторы);
3) стереокомпараторы для измерений с помощью двух глаз»
Описание образцов каждого типа приводится ниже.
а) Измерительный прибор Репсольда с ведущим цилиндром*
шкалой и позиционным кругом, рассчитанный на пластинки до
16X16 см (рис. 190), — для измерения обеих координат.
Оптика: один измерительный и три отсчетных микроскопа
15—20х (простые объективы и положительные окуляры для мик¬
рометров).
Механика: а — направляющий горизонтальный цилиндр; Ь —
станина прибора с тремя привинчивающимися к ней ножками с;
d—привинчивающаяся к станине рама для крепления неподвиж-
280
ных отсчетных и подвижного измерительного микроскопов; е —
малая рама с точной шкалой, устанавливаемая на станине перпен¬
дикулярно к ведущему цилиндру; /—движущийся по цилиндру
столик для негатива с
вращающимся диском g А
и червячной нарезкой для
медленного вращения ди¬
ска (на диске—пози¬
ционный круг); h— кре¬
мальера для перемеще¬
ния столика; j — червяч¬
ный винт для вращения/;
столика по позиционному
углу; i — точно профре-
зерованный рельс для
перемещения кареУки с
измерительным микроско¬
пом; k—каретка изме¬
рительного микроскопа,
перемещаемая по рельсу
кремальерой; I—измери¬
тельный микроскоп с ми¬
крометром с одним или
двумя взаимно перпенди¬
кулярными измеритель¬
ными винтами; т — два
микроскопа для отсчета позиционного круга с микрометрами*
с одним винтом; п — микроскоп для приближенного отсчета:
шкалы, параллельной ведущему цилиндру.
Рис. 192.
€) Спектрокомпаратор Гартмана (рис. 191) — для сравнения
в одном поле двух спектрограмм и диференциальных измерений
длин волн на изображениях и двух спектрах, Это достигается
введением в прибор особого микроскопа с двумя объективами
Ж
Рис. 191.
(Op 02) и особой призмой (Р4), сводящей в один окуляр два
©идимые друг над другом изображения спектров с разных пласти¬
нок. Диференциальные измерения ведут, перемещая микрометрен-
яым винтом всю нижнюю спектрограмму и добиваясь совпадения
одной из ее линий в поле окуля'ра (рис. 192) с двумя изображе¬
ниями на второй спектрограмме.
Оптика: Ov 02—слабые ахроматические объективы микро¬
скопов; Pv Р2 —призмы полного внутреннего отражения; Р3—Р4—
призменное тело спектрокомпаратора, сводящее оба изображения
в окуляр и состоящее из двух склеенных катетом и гипотенузой
призм полного внутреннего отражения (ня гипотенузной поверх¬
ности меньшей призмы с серебрением нанесены три узкие парал¬
лельные полосы с ров¬
ными прямыми краями);
X — зеркала для освеще¬
ния пластинок; В — оку¬
ляр (имеются два, даю¬
щие общие увеличения
мироскопа в 20х и 8х).
Механика: V—ли¬
тая станина прибора для
наклонного расположения
столика со спектрограм¬
мами; R— устой с пазом
для подъема рамы с ми¬
кроскопом при общей
фокусировке обоих ми¬
кроскопов; цилиндр и
фрезерованная плоскость
на станине для переме¬
щения столика Т со спе¬
ктрограммами; К—кремальера для перемещения столика Т\ Rx—
рама с микроскопами; А—кремальера для фокусировки обоих,
микроскопов (микроскоп 02 имеет еще свою фокусировку); W—
шкала для отсчета фокусировки; D,, D2—микрометры, для по¬
зиционной коррекции пластинок; О — винт для вертикального пере¬
мещения верхней рамки; Q—винт для вертикального подъема
микроскопов.
в) Стереокомпаратор Пульфриха с двойным микроскопом (типа
стереотрубы) и блинк-микроскопом—для сличения и измерения
двух негативов одного и того же участка неба (рис. 193). '
Оптика: а) двойной микроскоп с изменением увеличения
от 4х до 8х путем перемещения объективов — для бинокулярного
видения обоих негативов; б) блинк-микроскоп с двумя объекти¬
вами и одним сменным окуляром и призменным телом с полу-
серебренной диагональной плоскостью — для одновременного и по¬
следовательного рассматривания обоих негативов.
Рис. 193.
282
Механика: а) массивная станина со стереокомпаратором
с литым рогом для укрепления и вертикального передвижения
стерео- и блинд-микроскопа; б) два адаптера для пластинок раз¬
мерами до 30 — 40 см: один из них — с позиционным кругом для
поворота I ластинки на 360°, а другой — с, перемещением по двум
координатам и коррекцией к позиционному углу и со шкалами
для отсчета обеих координат с помощью нониусов до 0,01 мм
(на первом адаптере имеется точная стеклянная шкала, на которой
одна из координат измеряется мш роскопом и микрометром
до 0,001 мм); в) одновременное перемещение обоих негативов
относительно стерео- или блинд микроскопа по горизонтальной
координате; г) две взаимно перпендикулярные миллиметровые
шкалы для отсчета по индексам до 0,01 мм перемещений обоих
негативой относительно измерительной головки; д) груз на блоке
для уравновешивания измерительной головки.
§ 4. Демонстрационные аппараты особого назначения
Планетарий. Прибор для демонстрирования картины звездного
неба и движений по нему планет. Служит как наглядное пособие
при изучении космографии, а также весьма удобен при общем
знакомстве со звездным миром.
Этот прибор может воспроизвести почти все видимые невоору¬
женным глазом звезды, расположение их по небесному своду в раз¬
ное время года и перемещение их в течение суток. Кроме того
может быть показано расположение светил в разные эпохи за
много лет до и после настоящей. Прибор показывает вращение
всего небесного свода и отдельно—движение Солнца, Луны и
планет. Работа планетария обычно сопровождает доклады или
лекции.
Существуют несколько конструкций планетариев.
а) Оптический планетарий Цейсса (рис. 194). Самая совершен¬
ная модель, имеющая распространение в последнее время. Действие
ее основано на проектировании светлых точек (которые и пред¬
ставляют собой воспроизводимые прибором светила) на сферичегкий
экран. Экран является потолком помещения (20—25 м в диаметре),
в центре которого'устанавливается прибор (рис. 194).
Самый прибор (рис. 195) представляет ссбой достаточно слож¬
ную механико-оптическую конструкцию из отдельных агрегатов меха¬
низмов и проекционных устройств, способную автоматически
поворачиваться на своих осях соответственно законам движения
Земли и планет.
Имеются три основные оси: 1) ось полярная—перпендикуляр;
2) Ьсь для воспроизведения явлений, связанных с движением
Земли вокруг Солнца; 3) горизонтальная ось, при вращении
вокруг которой как бы меняется географическая широта места
наблюдения, так что наблюдателю демонстрируется вид неба под
283
разными широтами. Точка пересечения всех осей лежит в центре
полусферического помещения для планетария.
119 проекционных устройств расположены в корпусе аппа¬
рата, симметричного второй оси. Корпус своей центральной
частью соединен с поддерживающей рамой посредством устройства
с моторами, которые дают возможность ему поворачиваться
вокруг своих осей. К центральной части двумя жесткими как бы
ажурными соединениями прикреплены два шарообразные тела.
Одно из этих тел предназначено демонстрировать основные
неподвижные звезды северного полушария, другое—южного. Это
осуществляется с помощью специальных прожекторов (проекцион¬
ных устройств) с диапозитивными пластинками; освещение произ¬
водится лампой накаливания, помещенной внутри шара. Ажурные
соединения имеют этажи, в которых расположены агрегаты
с электромоторами и собственными осветителями для проектиро¬
вания планет солнечной системы.
На рис. 195а представлено одно из таких ажурных соединен*!*
содержащее в себе приспособления: Солнце, Луна, Сатурн.
Весь прибор на специальной (в том смысле, что она не ме¬
шает движению основного корпуса) подставке-раме установлен на
тележку с рельсами. Таким образом в случае надобности прибор
из центра помещения может быть передвинут в сторону.
Необходимо заметить, что механизм планетария Цейсса, при
своем весе (1700 кг) и больших размерах, конструктивно хорошо
284
Рис. 194.
285
уравновешен — имеет весьма плавное и легкое движение. Управле¬
ние освещением и вращение вокруг осей—автоматическое центра¬
лизованное, для чего около пюпитра лектэра имеется специальное
электроустройство для управления прибором.
б) Планетарий по Бауерфельду (Германский музей в Мюнхене)
(рис. 1956) производства Цейсса. Представляет собой также
достаточно сложную оптико-механическую конструкцию с 81
проекционным аппаратом, осветителями и моторами для пере¬
движений. Изображения светил также проектируются на экран-
полусферу диаметром 10 м. Полярная ось аппарата параллельна
земной оси, и части прибора (некоторые) вращаются в сторону,
Рис. 195а. Рис. 1956
противоположную вращению земли. Аппарат состоит в основном
из двух частей.
1) Шарообразная деталь (шар) для проектирования светил,
которые для наблюдателя представляются как бы неподвижными
(от 1 до 6 величин). Одна лампа накаливания (осветитель) находится
внутри шара.
2) Планетный остов в виде цилиндра. Содержит в себе 9
проекционных устройств с механизмами .движения для проектиро¬
вания планет солнечной системы. Установка аппарата такова, что
ось планетного барабана наклонена к плоскости земного экватора
под уллом 231/2°.
в) Планетарий по Копернику (Германский музей в Мюнхене).
По существу представляет собой модель-макет вселенной. В неко¬
тором пространстве диаметром в 12 м движутся (на специальных
укреплениях) по своим орбитам главнейшие тела солнечной сис¬
темы, представленные в виде светящихся стеклянных шаров (с лам¬
пами накаливания внутри). Наблюдатель, на тележке, через спе¬
циальный перископ с сильным уменьшением обозревает общую
картину движения планет. Скорости движения подобраны в соот¬
286
ветственном отношении к действительным скоростям и управляются
специальными электрорегуляторными механизмами.
Световой указатель. При демонстрировании неба на сфери¬
ческий экран планетария (а также и при* других каких-либо демон¬
страциях), когда расстояние* от
экрана до лектора велико или ко¬
гда общие условия не позволяют
пользоваться обычными указатель¬
ными жезлами, применяется спе¬
циальный световой указатель
(рис. 196). В ochofhom этот ука¬
зательный прибор состоит из
осветителя и коллиматора-про-
жектора, облеченных в продолговатую (удобной для держания
в руке формы) конструкцию. При включении тока прибор проек¬
тирует на экран стрелку, которая и служит указателем.
Рис. 196.
А. И. Прилежаев
Глава X
ФОТОГРАФИЧЕСКАЯ АППАРАТУРА
§ 1. Фотографические объективы
Табл. 31 указывает характер конструкций фотографических
объективов и последовательность их развития. Первые 9 рисунков
представляют конструкции, в которых не введена полная коррек¬
ция на астигматизм (объективы раннего периода развития фотогра¬
фии, 1812— 1884 гг.).
№ 1 в таблице — мениск или монокль (Волластон, *1812 г.);
наипростейший объектив. № 2 — ахроматическая линза (Шевалье);
значительно исправлены сферическая и хроматическая аберрации.
№ 3 — ландшафтная линза (Груб, 1857 г.). № 4 — быстрая ланд¬
шафтная линза (Дальмейер, 1864 г.). Последние три типа имеют
общее название — ахроматы. № 5 — перископ (Штейнгейль); луч¬
шее из того, что можно получить из двух отдельных стекол (зна¬
чительно ослаблен астигматизм вследствие применения в обоих
элементах симметрии стекол с одинаковым показателем преломле¬
ния). № 6 — апланат (Штейнгейль). № 7 — некоторое видоизме¬
нение апланата (известен под названием Э.йриграф). Последние
два типа благодаря их большой светосильности и хорошей коррек¬
ции завоевали прочное место и до настоящего 'Времени имеют
большое применение. №8 — портретный объектив Петцваля (1841 г.);
изготовлением его положено начало вычислительной оптике; в не¬
сколько видоизмененном виде изготовляется до настоящего вре¬
мени. № 9 — антипланет; с появлением анастигматов вышел из
употребления.
С № 10 начинается вторая группа — анастигматы, т. е. кон¬
струкции с предельно исправленным астигматизмом. № 10—16 пред¬
ставляют симметричные конструкции, т. е. системы из двух ком¬
бинированных ахроматов. № 10 — шестилинзовая система (выпу¬
скается под названиями: Дагор, Периграф). № 11 —другой вариант
шестилинзовой системы (выпускается под названиями: Коллинеар,
Ортостигмат). № 12 — восьмилинзовая система (выпускается под
названиями: Двойной протар, Комбинэбль). № 13 — десятилинзовая
Ж
Таблица 31
Последовательность развития фотографических объективов
19 Зале. 373t. Оправочн. кн. оптжко-механика.
289
Продолжение
система (распространения не получила). № 14 — несклеенная сим¬
метричная четырехлинзовая система (выпускается под названиями:
Целор, Догмар, в СССР — Ортагоз). № 15—другой вариант этой
системы (выпускается под названиями: Аристастигмат, Гомоцентрик,
Ортар, Омнар). № 16 — полусклеенная симметричная система.
Плазмат, широкоугольный Экспресс, в СССР — Кимар, Корректар,
Лиар).
№ 17—22 являются несимметричными конструкциями, появив¬
шимися параллельно с симметричными. № 17 — родоначальник
э^ой группы — Триплет (вычислен Тайлором); обладает прекрас¬
ными качествами и изготовляется всеми фирмами под разными
названиями (в СССР — Триар).
Все последующие системы представляют собой дальнейшее
развитие Триплета. № 18 — видоизменение Триплета путем введе¬
ния комбинированных позитивных линз (вычисление Гартинга — Ге-
лиар, Динар, вычисление Титова — Титар). №19 — дальнейшее видо¬
изменение: передняя система представляет комбинацию четырех
линз (выпускается под названием Эрностар). N° 20 — следующее
видоизменение: задняя позитивная линза комбинируется из двух
элементов; эта конструкция благодаря своим высоким качествам
получила широкое распространение (в СССР выпускается под
названием Индустар, за границей — Тессар, Ксенар, Антикомар
и др.). Дальнейшие видоизменения представляют: № 21—задняя
линза заменена системой из двух отдельных линз (Тахар), и № 22 —
задняя линза заменена трехлинзовым склеенным элементом (Экс¬
пресс, Рдиара).
Современные анастигматы можно свести таким образом к трем
основным группам: симметричным, триплетам и системам типа
Индустар. Объективы этих трех групп обладают примерно одина-
290
ковыми качествами и в равной степени универсальны. Применение
отдельных разновидностей той или иной группы зависит от усло¬
вий работы объектива и предъявляемых к нему требований (см.
дальше — характеристики групп).
Характеристики типов фотографических объективов.
1. а) Простая ахроматическая линза. 2 стекла, обычно склеен¬
ные; наибольшее отверстие от 1 :14 до 1 :11; поле изображения 30°;
сферическая аберрация, астигматизм и кома сильны; искривление
прямых линий.
б) Линза из 3 (иногда 4) стекол. Может быть довольно хо¬
рошо исправлена (обычно есть кома).
в) Перископ. 2 одинаковые мениска, неахроматические; отвер¬
стие от 1:40 до 1:12. Угол мал, но при диафрагмировании до¬
стигает 90°; поле исправлено сносно. Применяется в дешевых
ящикообразных камерах. Светосила при современной чувствитель¬
ности пластинок достаточна.
Фокусное расстояние всех перечисленных трех типов обычно
около 15 см.
г) Апланат. Тип подобен перископу, но с ахроматическими
линзами (могут быть одинаковы, но могут быть и различны; линза
с более длинным фокусом впереди). Относительное отверстие
от 1:22 (широкоугольные апланаты) до 1 :5,6 (быстрые). Фокус¬
ное расстояние от 10 до 60 см. Исправлены: хроматизм, сфери¬
ческая аберрация, дисторсия, отчасти кома. Астигматизм не испра¬
влен, поэтому угол мал.
Апланат примерно при диафрагмировании Fj 12 начинает крыть
пластинку, диагональ которой равна фокусному расстоянию (поле
очень искривлено).
д) Антипланет. Несимметричный объектив, относительное
отверстие 1 : 6. По астигматизму лучше апланатических конструк¬
ций.
2. Анастигматы. Исправлены практически все аберрации.
Ввиду большого разнообразия типов классифицируются удобнее
всего по принципу применения.
а) Универсальные объективы. Наибольшее относительное от¬
верстие 1:3, наиболее распространенное 1: 4,5, крайний предел 1:7;
в последнее время особое значение приобретает 1:3,5. Фокусное
расстояние от 8 до 25 см.
Поле изображения до 60°. Из объективов данной группы наи¬
большее распространение имеют: Дагор, Коллинеар, Триплет, Тес-
сар и Экспресс, выпускаемые многими фирмами под разными
наименованиями.
б) Объективы для киносъемок. Относительное отверстие от
1: 4,5 до 1:1 ; в последнее время наиболее ходовым становится
1:2. Фокусное расстояние от 3,5 до 10 см для нормальной пленки
и от 1,5 см для узкого фильма. Поле изображения 50—60°. Рез¬
кость слабее, чем в анастигматах Fj4,5 или F/6,3; диафрагмиро¬
вание не вполне помогает. Объем и вес значительны. Для обычных
19* 291
съемок такие объективы мало пригодны; глубина фокуса ничтожна.
Камеры и кассеты должны быть безукоризненно точны *.
в) Портретные объективы. Относительное отверстие от 1 :6 до
1 :3. Фокусное расстояние до 30 см. Поле изображения не выше 40°.
Наиболее распространен портретный объектив Петцваля, соответ¬
ствующим образом ис¬
правленный: совершенно
ахроматизирован; чрезвы-
чайная резкость центра,
но по краям резкость
быстро падает; поле силь¬
но искривлено. Осо¬
бенно хорошо исправлены
объективы Дальмейера
(серия|0) и Дерожи (поле до 30° вполне резкое, Цдисторсия от¬
сутствует).
г) Аэросъемочные объективы. Относительное отверстие от
1:6,8 до 1:3, среднее 1:5. Фокусное расстояние от 20 до 100 см.
Поле зрения 40—50°. Совершенное исправление всех аберраций
Рис. 198. Рис. 199.
и в особенности дисторсии. Обычные типы для целей аэросъемки
мало подходят. Поэтому подвергаются специальным исправлениям
путем применения особых сортов стекла. Наиболее распространен¬
ными являются: Триплет, Тессар и Мессфлигер-объектив (Цейсс).
д) Широкоугольные объективы. Относительное отверстие от
1:10 до 1:7. Фокусное расстояние от 6 до 20 см. Поле изобра¬
жения 75° и больше. Применение — при архитектурных съемках.
Наиболее распространены: Дагор 1:9, поле 100°; Экспресс 1:4,
поле 80°; Гипергон 1:22, поле до 180°. В настоящее время начали
широко применяться для аэросъемок, причем относительное отвер¬
1 См. например брошюру К. Цейсс, Объективы Цейсса большой
светосилы, где приведено много цифровых данных.
292
Рис. 197.
стие увеличено в среднем до 1:5; обычно применяются: Аэротар
1 :6,3 с полем около 80°, являющийся по существу усовершен¬
ствованным Дагором, и Экспресс 1 :4.
е) Телеобъективы. Относительное отверстие в среднем 1:6.
Фокусное расстояние от 10 до 100 см. Поле изображения до 100°.
Характеризуются большим фокусным расстоянием при малом рас¬
тяжении камеры. Передняя система собирательная, задняя — рас¬
сеивающая (телепозитив и теленегатив); задняя главная плоскость
вынесена далеко вперед и находится вне оптической системы. Теле¬
негатив дает изображение в q раз больше одного телепозитива.
Если фокусное расстояние последнего F, негативной линзы — /,
а расстояние между нею
и телепозитивом — D, то:
расстояние D может быть
переменным.1
Наиболее распростра¬
нены: Телетессар (Цейсс)
/76,3 (рис. 197), Телединар
(Фойхтлендер) /76,3 и F/4,5
(рис. 198), Бистелар (Буш)
F/9 и Fj7J (рис. 199), Телеросс F/6,8 и Fj5,5 (рис. 200).
Большинство телеобъективов имеет эквивалентное фокусное
расстояние примерно в 2 или 3 раза больше растяжения камеры.
Объем и вес значительны. Обычно дисторсия плохо исправлена.
Зеркальные телеобъективы (применение — киносъемка): относи¬
тельное отверстие 1:5, фокусное расстояние 100 сму . диаметр
зеркала около 20 см (Аскания).
ж) Репродукционные объективы: 1) Неапохроматы для транс¬
форматоров, различных лабораторных приборов и малоответствен¬
ных репродукционных работ. Относительное отверстие от 1 :10
до 1:5. Фокусное расстояние от 7,5 до 30 см. Поле изображе¬
ния до 60°. Хорошо исправлены все аберрации, в особенности
дисторсия.
2) Апохроматы, кроющие пластинки размером от 24 X 30 до
120X150 см в масштабе 1:1. Относительное отверстие в сред¬
нем 1:10. Фокусное расстояние от 24 до 100 см, встречается
до 180 см. Особенно хорошо исправлена хроматическая аберра¬
ция (все три изображения основных цветов — красного, зеленого
и синего — одного размера). Обычно применяются с призмой или
зеркалом для получения прямого (не зеркального) изображения.
Наиболее распространены: Апотессар и Апопланар (Цейсс), Про¬
цесс-Экспресс (Росс), Апоколлинеар (Фойхтлендер).
1 Очень ясное элементарное изложение — Деламарр, La Photo¬
graphie, 1905.
293
Рис. 200.
з) Объективы для съемок ß натуральных цветах. Обычно
применяются наиболее светосильные анастигматы двух первых
групп, но с улучшенной коррекцией цветов. Специально не испра¬
вляются, а подбираются из готовых образцов с наиболее удачным
исправлением хроматизма. Относительное отверстие от 1:3,5
до 1;2. Фокусное расстояние от 4 до 15 см. Поле изображения
до 40°.
и) Объективы для съемок в невидимых частях спектра (ультра¬
фиолетовой). Цели — научная и судебная экспертиза. Относитель¬
ное отверстие 1:5—1:4. Фокусное расстояние от 10 до 40 см.
Поле изображения в среднем 50°. Отдельные линзы изготовляются
из прозрачных минералов. Наиболее распространен Кварц-анастиг¬
мат, ахроматический и неахро¬
матический; изготовляется мно¬
гими фирмами.
к) Составные объективы
{наборы). Относительное от¬
верстие от 1:20 до 1:4. Фо¬
кусное расстояние от 10 до
70 см. Поле изображения
переменное, максимальное 60°.
Наиболее распространен Про-
тарный набор (Цейсс).
л) Кинопроекционные объ¬
ективы. Относительное отвер¬
стие от 1: 3 до 1 :1. Фокусное
расстояние от 6 до 20 см для нормальной пленки и от 3 см для
узкой. Нормальное поле изображения до 20°. Обычно — типа
Петцваля.
м) Объективы для эпи- и диапроекций. Относительное отвер¬
стие от 1:5 до 1 :3. Фокусное расстояние от 15 до 40 см. Поле
изображения до 50°. Обычно применяется Триплет.
н) Микрофото- и микропроекционные объективы. Относитель¬
ное отверстие от 1 :4,5 до 1:2. Фокусное расстояние от
2 до 5 см. Поле изображения до 45°. Применяются: Микро-
планар (рис. 201), Тессар, Суммар (Цейсс).
о) Астрофотообъективы. Относительное отверстие в сред¬
нем 1 :5. Фокусное расстояние в среднем 100 см\ диаметр от 20 см.
Поле изображения до 15°. Применяются: Астро-Петцваль (диаме¬
тры от 30 до 80 см), Астро-Тессар (диаметры от 30 до 80 см),
Астро-Триплет, Хромат-Шварцшильд (Цейсс) и Широкоугольный
астрофотообъектив с полем 20° (Росс).
Фотообъективы, изготовляемые в СССР. В СССР изгото¬
вляются объективы — анастигматы следующих типов.
а) Универсальные: Ортагоз (рис. 202) (ВООМП): относитель¬
ное отверстие 1:4,5, фокусное расстояние 13,5 см, поле изобра¬
жения 55°; Индустар: относительное отверстие 1:6,3, фокусное
расстояние 10,5, 13,5 см (артель Фототруд, Москва) и 25 см
Рис. 201.
(ВООМП), относительное отверстие 1:4,5, фокусное расстояние
13,5, 21, 25 и 30 см (ВООМП), относительное отверстие 1: 3,5,
фокусное расстояние 5 см (ВООМП) и 10,5 см; Триар: относи¬
тельное отверстие 1:4,8, фокусное расстояние 15 и 50 см (ВООМП)
и относительное отверстие 1:3,5, фокусное расстояние 3,5 см.
б) Киносъемочные и особо светосильные: Калейнар (рис. 203)
относительное отверстие 1:2, фокусное расстояние 5 и 7,5 см,
поле 46°; Эквитар (рис. 204): относительное отверстие 1 :2, фокус¬
ное расстояние 5,15 и 25 см, поле 48° и относительное отверстие
1:1,5, фокусное расстояние 5 см. Оба рассчитаны ВООМПом
и изготовляются на заводе ГОМЗ.
в) Широкоугольные: Кимар (рис. 205): относительное отверстие
1:4, фокусное расстояние 13,5, 15, 18 и 20 см, поле 76°; 4P
(вычислен ГОИ): относительное отверстие 1:14, фокусное расстоя¬
295
Рис. 202.
Рис. 204.
Рис. 203.
ние 9,6 см, поле 90э (оба типа изготовляются на заводе ГОМЗ);
Лиар: относительное отверстие 1:5,4, ^фокусное расстояние 10 см,
поле 100° (рассчитан и опытные
образцы изготовлены Институтом
аэрофотосъемки). Кроме того
ВООМПом рассчитан широкоуголь¬
ный дисторзирующий объектив
(рис. 206) с полем изображения 105°,
относительным отверстием 1 :4,5
и фокусным расстоянием 14 см.
г) Телеобъективы: Ортотелар:
относительное отверстие 1:6,3,
фокусное расстояние 13,5 см, уве¬
личение 3х и относительное отвер¬
стие 1: 4,5, фокусное расстояние
27 см, увеличение 2х (рассчитаны ВООМПом и изготовляются
на заводе ГОМЗ).
Рис. 205.
д) Репродукционные: Корректар: относительное отверстие 1:6,8,
фокусное расстояние от 13,5 до 30 см, и апохроматы: Апоиндустар:
относительное отверстие 1 :9, фокусное расстояние 30, 45, 90
и 120 см.
29«
Рис. 20*.
е) Микрофото: объективы: относительное отверстие 1 :4,5,
фокусное расстояние 2,4 и 4,2 см, поле 40\ Кроме того рас¬
считаны с фокусным расстоянием 2, 3,5 и 5 см.
ж) Астрофото: четырехлинзовый объектив с относительным
отверстием 1:5с диаметром 40 см.
з) Кинопроекционные: ГОЗ: относительное отверстие 1:3,
фокусное расстояние 10 см; ТОМП: относительное отверстие 1:2,
фокусное расстояние 10, 12, 14, 16 и 18 см.
Добавочные линзы. Обычно мениски (некоторое исправление
астигматизма) могут быть рассеивающие и собирающие: первые
удлиняют, вторые укорачивают фокус взятого объектива; измене¬
ния фокуса последнего —1,3 или 1,6 или (предел) 1,9; необходимо
некоторое диафрагмирование: иначе страдает резкость. При фокусе
fx (объектива) и /а (добавочной линзы) результирующий фокус:
бере*тся со знаком (+) при собирательной линзе, со знаком
(■—) при рассеивающей. Формула эта приближенная. Более точно:
где е — расстояние между главными точками объектива и доба¬
вочной линзы.
Если расстояние от плоскости диафрагмы до добавочной лин¬
зы— а, то можно также написать:
Аберрации. Главная характеристика достоинства фотографи¬
ческого объектива — кривые его ошибок (см. гл. I) — должна быть
связана с физическими характеристиками (дифракционное изобра¬
жение точки, разрешающая сила и пр., см. гл. I). Из кривых
ошибок особенно примечательны кривые астигматизма, кривизны
поля, хроматизма, для специальных объективов — дисторсии. На
рис. 207а показаны астигматические ошибки объектива типа апла¬
нат. Астигматизм в нем не исправлен; поверхности изображений
(меридиональными и сагиттальными лучами) расположены так, что,
если выбрать среднюю между ними поверхность, она будет кри¬
вой и на фотографической пластинке резкости на краях и в сере¬
дине одновременно не будет, но каждая в отдельности удовлетво¬
рительна.
На рис. 207b изображены астигматические кривые мениска.
Астигматизм (в пределах 15°) невелик, но кривизна поля очень зна¬
чительна; резкость будет только в середине.
297
В „ландшафтной линзе* астигматизм очень велик (рис. 207с),
но можно выбрать среднюю поверхность, где среднего качества
резкость на краях и в середине будет одинакова, так как она
близка к плоскости.
На рис. 207d изображены кривые одного из анастигматов
(Тессар), обнаруживающие значительное исправление астигматизма;
Рис. 207.
средняя поверхность близка к плоскости при небольшом расстоя¬
нии от обеих астигматических кривых. Объективы для геодезии
и аэрогеодезии должны быть достаточно ортоскопичны. Ортоско¬
пия характеризуется ошибкой дисторсии (см. гл. I), которая
должна быть мала. Достигается это хорошо лишь у специальных
объективов.
Гиперфокальное расстояние и наводка на фокус. Полагаем
объектив совершенно исправленным. Бесконечно удаленная (солнце,
луна, очень далекий земной предмет) геометрическая точка пред¬
мета рисуется точкой лишь в главном фокусе; на более близком
298
расстоянии Я она рисуется кружком диаметра т (задается т
равным 1jl0 или 1/20 или x[z0 мм) при длине фокуса F и относи¬
тельном отверстии k. Имеем:
(все в одних единицах).
Если задаться резкостью т = 0,1 мм и взять F в сантимет¬
рах, то можно получить Я в метрах: Нм — F2jk] при т = 0,05 мм
величина Я удвоится, при т — 0,2 мм—уменьшится вдвое, и т. д.
При наводке на (Я-\-F) все будет резко (с данной степенью т)
от ~ (H-\-F) до оо. Так как Я выражается метрами, a F — санти¬
метрами, то без ошибки можно считать резким все от Я/2 до ос.
Таким образом камеру выгоднее устанавливать на Я, а не на со.
При наводке на расстояние Р ближайший резкий предмет
будет находиться на:
дальнейший — на:
I« ИР НР \ и
( более точно: гг- и — - т-" I. Если заданы, как это
\ Н-\-Р — F Я — P + F)
бывает при кинематографических съемках, PY и Р2, то:
(совершенно приблизительно: при наводке на Hjq резкость прости-
Я Я
рается от — до где q — некоторое число).
Я т* * Ч —1
Величина изображения и сопряженные фокусы. При масштабе
изображения в 1 jn натуральной величины (п > 1 при уменьшениях
и п < 1 при увеличениях) имеем расстояние до объекта от перед¬
ней узловой точки объектива:
а растяжение камеры (задний сопряженный фокус, от задней узло¬
вой точки):
Междуузловое расстояние А обычно невелико, и полное рас¬
стояние между матовым стеклом и объектом можно полагать
равным L На самом же деле оно равно L —j— /—f- А; Д может
19* 299
быть > 0 или < 0; в телеобъективах А велико по абсолютной
величине (< 0), и им пренебрегать нельзя.
Длины L и / даются (так называемые таблицы Секретана),
причем величиной А пренебрегают. Табл. 32 дает понятие о них.
Таблица 32
Уменьшение
Увеличение
Масштаб
L
f
Масштаб
L
f
V*o
21F
1,05 F
20
1,05 F
21F
7l5
16F
1,067F
15
1,067/"
16F
VlO
11F
1,10 F
10
1,10 F
UF
Чь
6F
1,20 F
5
1,20 F
6F
Va
3 F
1,50 F
2
1,50 F
3 F
зд
2,33 F
1,75 F
4/з
1,75 F
2,33 F
1
2 F
2 F
1
2 F
2F
Простейшие приемы нахождения фокусного расстояния объек¬
тива даются ниже.
1. Наводят на мерную линейку; рисунок в масштабе Цт
натуральной величины; расстояние от оригинала до матового
стекла D{, междуузловое расстояние — Д. Тогда:
переставляя камеру и повторяя опыт, получают:
отсюда находят F.
2. Наводят камеру на чрезвычайно удаленный предмет и метят
положение подвижной части (объектива или матового стекла);
наводят камеру на мерную линейку, метят новое положение по¬
движной части аппарата. Масштаб изображения пусть будет 1 Jm
натуральной величины. Тогда расстояние между метками очевидно:
а — Fjm; отсюда находят F.
3. Метод, практикующийся в лабораториях: в главном фокусе
коллиматора ставится стекло с точной пометкой длины (напри¬
мер /); изображение 1Х будет очевидно в главном фокусе испытуе¬
мого объектива, и его длину точно промеряют, для чего в плоскости
резкости окуляра ставят шкалу. Например: фокусное расстояние
коллиматора — 800 мм, длина /=80 мм., а длина изображения
д = 40 мм; тогда фокусное расстояние такого объектива: ,
300
4. Метод де-ла Бом-Плювинеля. Наводка на звезды, угловое
расстояние между которыми известно; расстояние между изобра¬
жениями, будучи помножено на некоторый' коэфициент, дает длину
фокуса. Для т| и р Большой Медведицы коэфициент равен 2,206,
для anß Ориона — 3,052, и т. п.
Испытания объектива. Простейшее
испытание может, быть сделано съемкой
таблицы (тонкий рисунок, в крайнем слу¬
чае газета); уменьшение — 10х — 15х;
легко определить достаточную резкость
в центре, химический фокус, пределы
поля изображения, предел резкого поля.
Отсчет углов облегчается установкой по
средней горизонтальной линии таблицы
сантиметровой ленты. Об испытании фо¬
тографических объективов см. гл. XXV.
Оправы объективов. 1. Нормальная оправа (рис. 208). Размеры
вообще не совсем установились. Цейссовские „нормальные“ оправы
имеют следующие размеры (в миллиметрах):
№
оправы
I
0
! I
II
III
IVX
iv2
V
VI
VII
VIII
1X2
X
Наружный
диаметр
оправы
19,3
27
32
36,8
41,8
41,8
46,9
50,9
56,9
56,9
63,5
63,5
69
Длина кор¬
пуса опра¬
вы
16
16
16
23
23
23
35
40
35
52
50
68
60
Диаметр
наибольшей
диафрагмы
10
j
14 | 20
23
28
23
30
33
1
i«
40
44
44
50
Материалы оправ: латунь, алюминий и его сплавы (преимуще¬
ственно с магнием). В алюминии нарезки легко „заедаются“.
Толщина стенок оправ-—от 0,8 до 1,5 мм и только при очень
больших диаметрах до 2 мм.
Линзы в их оправках (барильетках) задавливаются свободным
краем цилиндра (с толщиной стенки 0,2 мм) или закрепляются
винтовыми кольцами. Кольца чаще встречаются при склеенных
линзах.
Нормальные оправы снабжаются ирисовыми диафрагмами, ре¬
же— вставными или вращающимися (револьверными).
2. „Опрокинутаяв или углубленная оправа. Кольцо перене¬
сено вперед (рис. 209), оправка передней линзы е выступает над
Рис 208.
кольцом d возможно меньше. Основная оправа а ввинчивается
в промежуточную оправу с. Все ввинчивается в кольцо d.
Конструкция — не единственная возможная.
3. Геликоидальные или червячные оправы (рис. 210). Весь
объектив перемещается вдоль оси относительно кольца ^ это дви¬
жение при наводке на а будет:
Кольца. Ширина — 8—17 мм. Толщина—1,2—1,8 мм, при
объективах диаметром 12—14 см—до 3,5 мм. Длина нарезной
части — 4,5—-7 мм, ее толщина — 2—3 мм (рис. 210, d).
Нарезки. Стандартов пока нет. Более или менее принято:
№ оправы
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Наружный диаметр, мм
20
25
30
40
50
60
75
80
100
125
Оправа № 1—международная оправа для объективов микро¬
скопов, шаг нарезки — 0,71 мм; шаг нарезки № 10—1,5 мм:
у всех прочих нарезок шаг — 1 мм; форма — равносторонний
треугольник с округленными углами. Допусков для колец не уста¬
новлено. Диаметров корпусов оправ не установлено.
302
Рис. 209.
Рис. 210.
В Англии приняты нарезки:
Диаметр, дм.
1
1,5
1,75
2
2,25
2,5
3
3,5
4
5
Число витков
па 1*
24
24
24
24
24
24
24
24
12
12
12
Диаметр стерж¬
ня винта, дм. . „ .
0,9466
1,1966
1,4496
1,6966
1,9466
2,1966
2,1966
2,9466
3,3933
3,8933
4,8933
Форма: Витворт, равнобедренный треугольник, угол при вер¬
шине— 55°, углы округленьГ(радиус равен 2/6 высоты).
Рис. 211. Рис. 212.
Диафрагмы. 1. Вставные диафрагмы. Латунные пластинки
с круглым отверстием (рис. 211). Толщина — 0,5—0,8 мм> толще
редко. В стенке оправы — щелевидные прорезы. Внутри оправ
имеются направляющие.
2. Вращающиеся диафрагмы (револьверные) (рис. 212). Диск
толщиной 0,8 мм; диаметр — обычно 45 мм. Несколько круглых
отверстий; при установке одного отверстия против центра сосед¬
ние должны быть невидимы. Остановка диска — пружиной в оправке
и выточками на диафрагме.
3. Ирисовые диафрагмы (рис. 213 и 214). Ряд лепестков из
эбонита, латуни или стали; форма ограничена дугами кругов; число
лепестков: минимум — 7, максимум—15—20, в затворах между
линзами — редко больше 10. Средняя толщина лепестка: эбо¬
нит— 0,15 мм, металл (сталь) — 0,06—0,1 мм.
На концах каждого лепестка — штифты (диаметром 1,5 мм)у
один по одну сторону лепестка, другой — по другую. Один из
штифтов образует ось вращения (круглое отверстие в неподвиж¬
ном кольце), другой — движется по радиальному прорезу подвиж¬
ного кольца.
303
В диафрагменных затворах встречаются следующие данные
(в миллиметрах):
Диаметр диафрагмы
(наружный)
26,5
34,0
41,0
49,4
57,0
71,0
87,5
V
Наибольшее отверстие
15,5
22,0
27,0
35,0
40,0
52,0
64,5
Число лепестков . . .
10
10 | 10
1
13
15
18
20
Ширина лепестков . .
5,5
6,0
7,0
7,2
8,5
9,5
11,5
№ затворов
1
00 0 I II III IV V
Компур Компаунд
Приспособления для наводки на фокус. Червячные — см.
выше (рис. 210).
°04
Рис. 213.
Рис. 214.
Рис. 215.
Кремальеры в объективе или чаще в камере: ширина — 5—б мм,
диаметр триба — 6—8 мм, модуль — обыкновенно 0,5. В послед¬
нее время чаще — косые кремальеры, угол .наклона производящей
зубца к оси кремальеры — 75—70°; работает лучше прямой (три¬
бы зацепляются несколькими зубцами одновременно).
Кремальеры в камерах: ширина может быть больше, диаметр
триба доходит иногда до 14 мм.
В ящикообразных и зеркальных камерах—кремальеры в объек¬
тиве, в камере или червячные оправы.
В американских камерах часто применяется приспособление
(рис. 215) в виде переставного рычага, дающего микрометренное
движение.
В объективах типа Триплета наводка часто осуществляется
небольшим отвинчиванием передней линзы (Триплет Кука, Тессар,
Скопар и т. д.); фокус при этом укорачивается, и возможна на¬
водка на близкие предметы; аберрации увеличиваются, но еще
сносны при наводке объектива (фокус до 12 см) не ближе 2 м.
Расположение: перед объективом, сзади него, в диафрагменной
плоскости. Открытие происходит сбоку („боковые“ затворы), от
центра („центральные“); выгоднее всего затворы в диафрагменной
плоскости: пучок света наиболее сжат, освещение равномерно.
Центральные затворы очевидно нельзя ставить перед или за
объективом (края освещены слабее центра).
Скорость и коэфициент полезного действия. Различаются
величины: скорость затвора и коэфициент полезного действия.
Скоростью называется тот промежуток времени, в течение кото¬
рого затвор открывается, держится открытым и закрывается. Под
коэфициентом полезного действия разумеют отношение количества
света, прошедшего за все время действия затвора, к тому коли¬
честву его, которое могло бы пройти через „идеальный“ затвор
в тот же промежуток времени (сразу открывается, не затрачивая
на это времени). Скорость находится опытным путем; проще всего
один из следующих способов.
1. Вдоль вертикально установленной мерной рейки дают па¬
дать (от ее верхнего конца) блестящему шарику и спускают за¬
твор. На негативе получатся рейка и темная полоска (след ша¬
рика). Пусть этот след начинается на длине /0 от верха рейки и
кончается на /2; тогда очевидно:
где <7 = 981 см/сек.2 — ускорение силы земной тяжести. Легко
получить Т = 0,045155 (УТХ — V~t~0)>
§ 2. Затворы при объективах
20 Зак. 3730. Справочнг. кн. олтико-механика.
305
2. В приборе Пеньо (скорости затвора от 1jl0" до Viooo” с точ¬
ностью Viooo*) неподвижный диск с 50 отверстиями сильно осве¬
щен сзади; другой диск с одним отверстием вращается (20 об./сек.).
Каждая вспышка света следует таким образом через */б<Л 1/200/
и Vi™"; число отпеча¬
тывающихся на пластинке
вспышек дает скорость
затвор^ в тысячных се¬
кунды.
Существует целый ряд
вариаций этого способа.
Часто используется и ма¬
ятник, колебания кото¬
рого можно полагать рав¬
номерными.
По Рейнату (Reinath)
берется легкий секунд¬
ный маятник. На вертикальной стене начерчена короткая дуга,
например /?==99,4 см (для Берлина), которая разделена на 100
частей (рис. 216). В центре кривизны дуги прикреплена нить
с блестящим шариком на конце (или маленькой лампочкой). На
негативе получается несколько штрихов, покрываемых шариком.
Скорость затвора получается в сотых долях секунды.
Коэфициент полезного действия можно иногда вычислить (при
простых формах отверстия) или найти экспериментальным пу¬
тем.
Пример вычисления л:, п. д. Заслонка или шторка со щелью
длиной / проходит дгеред объективом (диаметром d) со скоростью
V см\сек. путь (f-\-d). Движение равномерное; время всей позы
306
Рис. 216.
Рис. 217.
Рис. 218.
величину. На затвор направляется пучок света; при помощи объек¬
тива отверстие затвора резко рисуется на бромистой бумаге, на¬
вернутой на вращающийся барабан (скорость бумаги ~ 1 м\сек.).
При нажатии спуска затвора на бумаге получается удлиненное
изображение, ширина которого указывает размер отверстия за¬
твора в данный момент (удобно для отверстия в форме правиль¬
ного многоугольника).
На неправильных формах — при периодическом прерывании
света (быстро вращающийся диск с отверстиями) — на ленте полу¬
чается ряд изображений щели затвора, обычно налегающих одно
на другое. Рис. 218 дает представление о негативе. Площади от¬
дельных изображений измеряются планиметром, время же нахо¬
дится чаще всего отражением на ту же движущуюся ленту очень
узкого пучка света от зеркальца на ветке колеблющегося камер¬
тона. Возможно применение синхронного мотора.
Обычно диск с отверстиями сочленен с барабаном, несущим
бумагу, зубчатой передачей (отношение 1:1,6 или 1:2). Почти
такое же устройство имел и аппарат де-ла Бом-Плювинеля (око¬
ло 1888 г.), но в нем применена была вместо барабана с бумагой
прямолинейно движущаяся пластинка.
20* 307
f+d 1—d
—■— : время позы полного отверстия - . Откладываем на оси
V V
абсцисс время, а по ординатам—доли площади объектива, откры¬
тые в данный момент (полное отверстие равно единице); полу¬
чится диаграмма (рис. 217), площадь которой
„Идеальный“ затвор с длительностью фаз
открытия и закрытия, равной нулю, и имеет диаграмму, вычерчен-
f+d
ную на том же рисунке пунктиром; ее площадь —~— • 1, к. п. д.
Выгодно делать / возможно длиннее: при f=d получим
6 = 0,5; при f=2d имеем уже & = 2/3; при f = bd получаем
k = 0,75, и /г. д.
При сложной форме отверстия затвора вычисления трудны.
Прибор Дерра (1903 г.) дает в этом случае экспериментальную
Типы затворов. 1. Прямая гильотина. Заслонка с отверстием
(рис. 219) перед или позади объектива или в диафрагменной пло¬
скости. Вместо металлической или эбонитовой заслонки берут
светонепроницаемую штору, перематывающуюся с одного валика
на другой (трубчатый, с пружиной внутри). Выгода — возможность
дать длинное отверстие и увеличить к. п. д.
2. Круговая пластина. Сектор или круг (обычно эбонитовый)
с отверстием с вращением около центра. Выгоднее прямой гильо¬
тины (центр тяжести перемещается мало). Регулировка — натяже¬
нием пружины. Для избежания обратного небольшого движения
Рис. 219.
Рис. 220.
вследствие упругости имеется под объективом плоская пружинка,
за которую заходит при конце хода рукоятка диска.
3. Двойная гильотина. Два круга с отверстиями вращаются
навстречу друг Другу; открывание происходит от центра. К. п. д.
вообще невелик, особенно при круглых отверстиях (несколько
меньше 0,5).
4. Затвор обратного действия. Заслонка открывает отверстие,
держит его открытым и закрывает, возвращаясь в прежнее поло¬
жение; одна половина объектива работает дольше другой. Един¬
ственное подходящее место для такого затвора — диафрагменная
плоскость.
5. Затвор типа Ирис. Устройство подобно ирисовым диа¬
фрагмам. Наиболее известны затворы Жиллон-Маттноли и Volute.
Конструкция трудна, особенно при многих лепестках (Ирис должен
закрываться).
Возможно совмещение нескольких типов в одном затворе.
Форма заслонок. Некоторые виды отверстий дает рис, 220.
Здесь а и b — затворы с одной заслонкой; с, d, е — затворы с двумя
заслонками („ножницы“, затворы Тюри и Амея, Притчова, Лингофа,
308
Бауш и Ломба, Готье и др.); /, g, ^ — секторные затворы (Дек-
келя, Готье, Бауш и Ломба, Фойхтлендера и др); i — затвор
„Жалузи“; k — затворы Шпинка, Цшонке, Франсе и др.
Рис. 221 дает форму „ножниц“ (с— ось вращения заслонок,
сх — шлицы в них; движущийся штифт входит в шлицы). Заслонкам
приданы хвосты во избежание задержек и взаимных помех.
Рис. 221.
Рис. 222.
Рис. 222 дает ясное представление о форме заслонок и про¬
цессе работы секторного затвора (обратить внимание на движущее
кольцо, вращение его—15—20°).
Завод без открытия заслонок (закрытый завод). 1. Доба¬
вочная заслонка (рис. 223). Приспособление громоздко. Употре¬
бляется теперь редко и главным образом в дешевых камерах.
2. Заслонки из двух частей. При заводе 1-я заслонка захва¬
тывает 2-ю. При спуске сначала вращается 1-я заслонка, а через
некоторое время и 2-я. Приспособление требует много места.
3. Пружинящий рычажок и наклонная плоскость (рис. 224).
Рычаг ОАВ вращается около О. Штифт 6* обычно проходит через
309
прорез доски (есть затворы, где он и не проходит, а все располо¬
жено по одну сторону Доски) и может занимать положение St
(шлиц SS]). На рычаге в А имеется загнутая вперед часть, предста¬
вляющая наклонную плоскость с острием вниз, перпендикулярно
рычагу обрезанной верхушкой. Имеется другой рычаг ОхС (пру¬
жинит перпендикулярно плоскости рисунка). В положении ОхС (верх¬
нем) он давит на нормальную к рычагу О AB сторону наклонной плос¬
кости А, но при достижении им нижнего положения ОхСх штифт 6*
быстро поднимается (пружина всегда стремится поднять ОАВ\ ибо
рычаг OjC соскакивает с Л, заняв свое нижнее положение OtCv При
заводе затвора OlCi поднимается, скользнув по гипотенузе (наклон -
Рис. 224.
ной плоскости) А, и вновь падает, пройдя вершину. Части затвора
займут прежние места. Штифт S открывает и закрывает заслонки
затвора (обычно „ножницы“).
Способы регулировки скорости затвора. 1 .Изменение натя¬
жения движущей пружины (схем не прилагаем вследствие обще¬
понятности). Регулировка — в узких пределах, что-либо вроде 1 :2
или 1 :3 (а при особенно хорошей пружине 1 :4).
2. Изменение длины щели заслонок (рис. 225). Два диска А к В
вращаются около одной и той же оси О (подобно стрелкам
в часах). Диск В можно поднять по оси перпендикулярно его
плоскости; его штифт J выходит из одного из отверстий в А.
310
Рис. 223.
Повертывая В, отпускают его, причем J входит в некоторое новое
отверстие в А.
3. Латунный диск А (рис. 226) (в затворах обычно зубчатое
колесо) зажат между двумя фибровыми или кожаными шайбами BBV
Рис. 227.
Рис. 228.
Прижимная шайба С не должна вращаться вокруг оси. Сила тре¬
ния регулируется гайкой D.
Возможно применение пружинной шайбы вместо пружины. Точ¬
ная регулировка невозможна.
4. Воздушный винт, или ветрянка (рис. 227). Применяется
редко.
311
Рис. 225.
Рис. 226.
5. Пневматические тормозы. Простейший представляет собой
цилиндр с хорошо притертым поршнем и краном. Большее или
меньшее открытие крана меняет скорость движения воздуха
и поршня. Вариант: цилиндр наглухо закрыт, крана нет; измене¬
ние тормозящего усилия достигается удлинением или укорочением
пути поршня. Первый способ однако более точен.
Рис. 228 и 229 представляют вид современного воздушного
тормоза. По нижней образующей закрытого с концов цилиндра а
сделан прорез; в порш¬
не с имеется выемка
для конца коленчатого
рычага /. Диск скоро¬
стей Ъ вращает эксцен¬
трик с (общая ось в d)\
штифт эксцентрика
обусловливает началь¬
ное положение рычага/
(ось его g) и следова¬
тельно положение
поршня. Таким обра¬
зом воздух с одной сто¬
роны поршня е сжи¬
мается, с другой —
разрежается; изме¬
няется длина хода
поршня. При повороте
камеры с затвором на
90° скорости изме¬
няются (вес поршня при
горизонтальном цилин¬
дре не играет роли,при
вертикальном — изме¬
няет тормозное уси¬
лие). Готье (1908 г.)
было предложено раз¬
резать поршень на две части, к каждой подвести рычаг и направить
их в разные стороны, т. е. практически уничтожить влияние веса*
312
Рис. 230.
Рис. 229.
6. Тормозы с часовым ходом* Подробно см* описание затвора
Компур.
Затвор Компур. Действие тормоза (рис. 230). Диск скоростей а
вращается около с; диск b неподвижен и имеет черту (указатель).
Под а находятся два эксцентрика d и е (поверх d)\ в а имеется
штифт /, двигающий d не; последние изменяют положение штиф¬
тов g и h. Зубчатый гребень s (ось i) движется от пружины зат¬
вора (ось k и промежуточные звенья для ясности опущены). При
скорости в 1 сек. он занимает свое наивысшее положение /; при
спуске он последовательно проходит //и III. Зубчатки вращаются
и тормозят; замедление тем сильнее, чем дольше длится сцепление
s с гу что устанавливается эксцентриком d\ штифт h гребня s
скользит по краю d. От 1/1б0
до 1/10 сек. торможение про¬
изводится только установкой
гребня; для меньших скоростей,
до 1 сек., добавляется тормо¬
жение анкером п и храповым
колесом т\ диск / дает положе¬
ние штифту g и рычагу t (ось /);
конец рычага придвигает анкер,
действуя на рычажок v (ось о).
Конструкция. Рис. 231
показывает устройство рассма¬
триваемого затвора. , А — за¬
водной рычаг (заводится только
для малых выдержек, дб 1 сек.
включительно); В — рычаг,
своим концом зацепляющий
пружинный цилиндр по окон¬
чании его завода (собачка); С—крючок, захватывающий штифт F
на секторном кольце; D — рычаг для перестановки на время
и момент (при „времени“ он не дает крючку С захватить штифтF;
своей впадиной он захватывает штифт на С, который тогда
и является осью вращения). Е— спуск; G — диск для перестановки Z>
на время или момент; Н—анкерный ход; J — рычаг для про¬
волочного спуска; Jv—зубчатое колесо для собачки; К—рычаг,
включающий анкер при вращении диска скоростей; L — конец
рычага зубчатой гребенки, на который действует рыча¬
жок М.
Стереоскопические затворы имеют механизм на одной только
стороне, на другой же имеются лишь секторы и движущее их
кольцо.
Устройство новейших моделей Компура см. Немецкий патент
№ 405660. Производство подобного типа затворов в СССР — на
заводе „Прогресс“. Диаметр наибольшей диафрагмы — 27 мм>
скорости — от 1 до 1j200 сек. и соответственно 22 мм и 1 —
*/мо сек.
313
Таблица 33
Размеры старой и новейшей моделей затвора Компур (в миллиметрах)
Модель
Диаметр перед¬
ней нарезки для
оправки линз и
ее шаг
Диаметр задней
нарезки для
оправки линз
и ее шаг
Диаметр нарезки
кольца и ее шаг
Диаметр наи¬
большей диа¬
фрагмы
Наружный диа¬
метр корпуса
Длина оправки
по оси 1
пп J
[ стар.
19,9X0,5
19,3X0,5
22,5X0,635
15,5
44
15,0
UU j
[ HOB.
22,5X0,5
21,0X0,5
23,5X0,5
17,0 ■
44
16,0
0 I
[ стар.
27,5X0,5
27,5X0,5
32,5X0,7
23,0
57
18,5
ü 1
1 HOB.
29,5X0,5
27,0X0,5
30,0X0,5
23,0
' 57
20,0
т 1
[ стар.
35,7X0,635
35,7X0,635
39,0X0,875
27,0
66
23,5
1 1
i HOB.
40,0X0.75
35,0X0,75
39,0X0,75
29,0
68
20,0
T[ j
( стар.
40,8X0,635
40,8X0,635
44,0X0,875
35,0
78
25,0
[ HOB.
49,0X0,75.
43,0X0,75
46.0X0,75
36,0
81
30,0
Затвор Компаунд. Этот затвор появился раньше Компура
и в основном отличается только тормозным устройством. На рис. 232
показана первая мрдель Компаунда; здесь видна связь между
ручным спуском С и пневматическим спуском D, заводным рыча¬
гом А и рычагом F для перестановки на „время“ или „момент“.
При установке на „время“ заслонки движутся давлением малой
пружины, при „моменте“ штифт Н секторного кольца захваты¬
вается крючком J^ шарнирно связанным с барабаном главной пру¬
жины. Для регулировки служит воздушный тормоз I, связанный
рычагами со спуском и пружинным барабаном. Положение поршня
обусловливает время выдержки и устанавливается эксцентриком,
связанным с диском скоростей.
Этот затвор фабрикуется сейчас в более крупных моделях:
№ диа¬
Диафрагма
Диаметр
Число
Наибольшая
Вес 1
корпуса
секто¬
скорость
сектора
фрагмы
мм
мм
ров
сек.
2
III
40,0
87
5
V100
0,540
IV
52,0
106
6
Чъ
0,701
V
64,5
125
6
Чъо
1,000
Из видоизменений Компура и Компаунда следует назвать: Ilex,
Velepto, Optimo, Rulex, Accurato, Ibso, Ibsor и др.
314
Простые затворы. 1. Затвор системы Торнтон-Пикара. Штора
с отверстием перематывается с верхнего валика (дерево или ком¬
позиция) на нижний полый металлический валик, причем отвер¬
стие открывает и закрывает объектив. Высокий к. п. д. доходит
иногда до 75%. Рис. 233 по¬
казывает разрез, вид сбоку
и фасад со снятой крышкой.
а — корпус с отверстием Ь\ с—
верхний валик; d — нижний
полый вал с пружиной; е —
шторка; f—соединение ленты
в ее прорезе; g—заводная ру¬
коятка (самый завод—помощью'
зубчатки); h — спусковой ры¬
чаг (в правом положении —
момент съемки, в левом —
съемки с выдержкой). При уста¬
новке его ближе к центру боль¬
шой зубчатки рычаг при своем
подъеме задевает выступом
верхнюю часть рукоятки ко¬
леса; штора останавливается
в фазе полного открытия. Для момента съемок рычаг отодвигается
дальше от центра зубчатки, и последняя вращается свободно.
Рис. 233.
В СССР шторные затворы с диаметром отверстия около 70 мм
изготовляются на заводе ГОМЗ.'
2. Затвор Ньюман и Гуардиа (камера Нидия). Малый к. п. д., но
исполнение хорошее, и механизм очень прост. Заслонки помещены
в диафрагменной плоскости. Заслонки (одинаковы), штампованные
из стали толщиной 0,15 мм, получают движение от коромысла,
всегда стремящегося вращаться по часовой стрелке (пружина обер¬
нута около оси вращения). Завод — вращением коромысла против
Рис. 232.
Рис. 234.
часовой стрелки. К шарниру идет шток поршня (из тонкой сталь
ной проволоки). Поршень движется в цилиндре, выход воздуха
регулируется конической иглой. Затвор дает скорости: 1/з» */4, */8,
V16» V22> 1 /64т и Vioo сек* Завод не закрытый.
Затвор имеет следующие размеры.
Длина коробки внутри — 96 мм,
ширина — 37,5 мм, толщина сна¬
ружи— 8,9 мм. Диаметр диа¬
фрагмы— 18 мм. Внутренний диа¬
метр пневматического цилиндра —
5 мм, длина его — 30,5 мм; ход
поршня — 22,5 мм. Толщина стенок
коробки (латунь) — 0,7—0,8 мм;
толщина основной доски с фаль¬
цами— 0,9 мм.
3. Затвор Vario (рис. 221).
В продаже встречается под разными
названиями (Pronto, Derval, Emberet
и др.); в СССР фабрикуется ГОМЗом.
Во внутреннем устройстве различие
моделей ничтожно. Имеет чрезвы¬
чайно ограниченную шкалу скоро¬
стей: номинально 1/2б) х/бо и 1/юосек*>
причем последней ско¬
рости ни сам Vario ни
его подражатели не
дают: наибольшая ско¬
рость доходит всего
до »/во сек-
Шторные затворы.
1. Затвор Record зер¬
кальной камеры Tudor
(Цейсс-Икон) (рис. 234
_ 236). Штора — с не¬
сколькими щелями. За¬
твор прост и надежен.
Три валика — 2 ос¬
новные и 1 промежу¬
точный; нижний ва¬
лик — пружинный,
обычной конструкции.
При заводе (не закры¬
тый) — сначала щель
5 мм, затем сплошная
полоса шторы 90 мм,
затем щель 10 мм и сплошная полоса 90 мм, затем щель 25 мм
и т. д.; после щели 90 мм и сплошной полосы 90 мм дальнейший
завод невозможен. Штору поднимают до нужной щели, — при
316
Рис. 236.
Рис. 235.
спуске только она и бежит вниз; при совершенно поднятой щели
(2г12 оборота кнопки), давя на спуск последовательно 4 раза,
можно спустить одну за другой все 4 щели.
Натяжение пружины можно менять (две ступени) в окошечки
R (rapid) и ER (extra-rapid), что в комбинации с 4 щелями дает
Рис. 237.
8 скоростей, от Vio д0 Viooo сек* Размеры (взяты с камеры 9X12):
толщина проволоки в пружине — 0,4 мм, наружный диаметр пру¬
жины — 4,5 мм, число
витков — 62, длина пру¬
жины — 65 мм у длина
оси —150 мм.
На рис. 234—236
а — верхний валик; b —
длинная штора с 4 ще^
лями; /— направляющий
валик; g—нижний валик
с пружиной h\ с — ру¬
коятка для завода; d —
указатель ширины щелей;
е — спуск; k — указатели
натяжения пружины (на¬
тяжение меняется рукоят¬
кой /); i — приспособление для натяжения пружины.
2. Затвор Эрнемана (рис. 237—240). а) Завод (рис. 237
и 238). Кнопка зубчатым колесом навертывает верхнюю штору а
на верхний валик; связанные с ней ленты g развертываются
с одного из нижних валиков, напрягая пружину. Посредством
механической связи (небольшие металлические боковые крючки,
зацепляющиеся за штифты) поднимается нижняя штора Ь\ одно-
317
Рис. 238.
временно повертываются на своих двух коротких валиках связан¬
ные с ней ленты /; при этом напрягается пружина нижнего валика.
Завод таким образом закрытый.
б) Намечение ширины щели (рис. 237). Цифры ширин
намечены на диске q (в нижней части затвора). Диск q соединен
с большой зубчаткой г (помещена под ним), имеющей ряд отвер¬
стий и сцепляющейся с валиком нижней шторы. Над q — могущая
оттягиваться вдоль оси кнопка р\ она (собственно ось) захватывает
лежащее за диском q радиальное плечо со штифтом, который
Рис. 239. Рис. 240.
можно опустить в одно из отверстий колеса г и тем установить
ширину щели.
в) Спуск затвора (рис. 239). Нажатием на кнопку а
двуплечий рычаг b изменяет положение верхней планки d, кото¬
рая отходит в сторону и расцепляет крючки между верхней и
нижней шторами. Последняя начинает бежать вниз; верхняя при¬
ходит в движение после нее — раньше или позже, смотря по
установке щели. По достижении нужной ширины щели обе шторы
движутся вместе. Нижняя штора приходит на место первой, а
когда верхняя дойдет до того же места, крючки автоматически
сцепляются, и цикл можно начать снова. Пружина внутри верх¬
него валика значительно слабее, чем в нижних. Натяжение пру¬
жины в двух нижних валиках можно менять, что в сочетании
с изменением ширин дает до 70 комбинаций.
На рис. 237: а — верхняя штора, ах — металлическая рейка
по ее борту; b — нижняя штора, Ьх — ее металлическая рейка;
с — верхний вал для верхней шторы с пружиной е; /—нижний
вал для верхней шторы а и ее лент g; h — нижний вал для ниж¬
ней шторы b и ее лент i\ j—j — крючки, сцепляющие верхнюю
и нижнюю шторы; k — штифтики для крючков на верхней шторе;
I—заводная кнопка с зубчаткой т\ п — промежуточная зубчатка;.
о — триб для верхней шторы а; р — кнопка установки ширины
щели (кнопка может двигаться по оси) с индексом; q— диск
со шкалой ширин; г—большая зубчатка с отверстиями; 5 — ма¬
лый триб для оси h\ t — промежуточная зубчатка; и — кнопка
с зубчатыми колесами v, w для изменения натяжения пружин.
Рис. 239 — боковой схематический вид механизма (сняты за¬
водная и установочная кнопки). Здесь: а— сп^ск с криволиней¬
ным рычагом b (ось последнего в с); d — подвижная спусковая
планка; е — верхний вал с зубчаткой; п — промежуточная зубчатка;
/ — заводная кнопка с зубчаткой т\ g—установочный рычаг;
h и k — спускные рычаги верхней шторы; i — точка вращения
для/ги£; о — ось кнопки для установки ширины щели; р — плечо
для той же цели; г — большая зубчатка с рядом отверстий;
5 — триб на нижнем пружинном валике; t—промежуточная зуб¬
чатка. Рис. 240 — тот же затвор, но с поставленными на место
кнопками (крышка снята).
3. Затвор Ковалевского. См. Русский патент 24836 от 31 дек.
1931 г.
4. Затвор Гольц и Брейтмана. См. в книге Притчова,
стр. 485.
5. Затвор Ихагее (Ichag£e). Затвор конструктивно прост.
Четырехваликовый завод с закрытой щелью. Образование задан¬
ной щели происходит в момент пробегания шторок перед пла¬
стинкой. Сцепление шторок жесткое. Автоматический механизм,
сцепляющий шторки, сосредоточен в головке затвора. Применяется
в клапп-и зеркальных камерах Ихагее.
Скорость шторного затвора легче всего определяется ранее
описанным способом падающего шарика. Щель затвора должна
быть вертикальна. /С п. д. вычисляется по формуле:
где /—ширина щели, а о — диаметр сечения конуса лучей (осно¬
вание — объектив, вершина — точка пластинки) плоскостью шторы.
Из этой формулы легко получается:
где X — расстояние от чувствительного слоя до плоскости шторы,
319
п—коэфициент отверстия объектива (например 6,3 или 9 или
12,5 и т. д.)* Очевидно n — Fjd, где d — диаметр полезного от¬
верстия диафрагм. Опытное определение k указано автором на¬
стоящей главы, и его метод является пока единственным.1
Главные размеры частей шторного затвора: диаметр верх¬
него валика — около 8 мм\ диаметр полого валика — 8—9 мм,
толщина его стенок — 0,5 мм, диаметр оси — 3—Ъ,Ъ мм\ пружина:
диаметр — 6—7 мм, диаметр проволоки — 0,3—0,4 мм,число вит¬
ков— 40—60 (зависит от материала шторы).
§ 3. Камеры
Фотографические камеры могут быть магазинными, т. е. имею-
дими запас пластинок или пленок, или снабженными отдельными
кассетами (слои меняются всякий раз с новой кассетой).
1. Ящикообразные камеры
с приставными магазинами
(мешок или выдвижной ящик).
Перемена слоев может произ¬
водиться и без помощи мешков
или ящиков: -экспонированная
пластинка сбрасывается на дно ящика камеры. Формат — не больше
9 X 12,обычно 4,5 X б, 6,5 X 9 и английская четверть: З1//' X
Тип устарел и выходит из употребления. Пример дешевой ящико¬
образной пленочной камеры — Bom Tengor Герца (рис. 241).
2. Камеры с боковыми крыльями и на распорках (рис. 242).
Наводка — обычно червячной оправой. Часто шторные затворы
перед пластинкой.
1 См. Оптико-механическая промышленность, № 4 и 5, 1931; Phot.
Journ., № 52, 1931.
320
Рис. 241.
Рис. 242.
3. Камеры с „ножницами“ (рис. 243). „Неттель“—схема
понятна из рис. 244.
4. Камеры типа Фольдинг (складные). Наиболее распростра¬
нены. Корпус — деревянный (толщина дощечек — 5—6 мм) или
литой из алюминиевого сплава (толщина стенок—2—2,5 мм).
Сплав — обычно алюминий,
кремний, магний, медь, ви¬
смут, кадмий;примесь свинца
вредна; отливка почти всегда
под давлением (формы сталь¬
ные), в последнее время —
Рис. 243.
Рис. 244.
штамповка из пластмасс (бакелит и т. п.). Стенки должны быть
толщиной 3—4 мм для камер не больше 9X12.
Габарит камер в сложен¬
ном виде: для 6,5 X 9 см;
(3,75-4,5) X (8,75-9,5) X
X (12,5—13,0) см, вес —
—600—700 г; для 9X12 см:
(4,5 — 5,5) X (Ю,75 —
11,25) X (15,0— 16,0) см,
вес — 750—1000 г. В более
тонких моделях страдает
устойчивость объективной
части.
Рис. 245 представляет разрез корпуса, причем видны и напра¬
вляющие для кассет, а также расположение матового стекла и
чувствительной пластинки (размеры см. в § 4).
На рис. 246 и 247 изображены простой и более сложный
подкосы, соединяющие корпус с откидной доской, причем один
из них (рис. 247) позволяет перестановкой рычага получить
уклоны. Материал подкосов — сталь толщиной. 1 мм, редко ла¬
тунь.
Откидная доска — листовой алюминий толщиной 1,5—2,0 мм—
показана на рис. 248. На ней имеются или наглухо прикреплен¬
ные или подвижные (обычно помощью кремальеры) направляющие
21 Зак. 3730. Справочн. кн. оптико-механик а. 321
Рис. 245.
для салазок объективной стойки. Вместо наводки кремальеры
иногда применяется рычаг (рис. 215). Устройство салазок и объ¬
ективной стойки — см. рис. 249,250. Иногда салазки устраиваются
с шарниром по середине (рис. 251), и „тогда передняя их часть
может при закрывании камеры оставаться на откидной доске.
Камеры подобного типа с двойным растяжением меха, под
названием Фотокор № 1, изготовляются в большом количестве
в СССР (ГОМЗ).
Камера того же типа для пленок показана на рис. 252.
Средние величины габарита (рис. 253) даны в следующей таб¬
лице.
Катушки для пленок применяются следующих типов:
а) металлические (рис. 254),
б) с деревянной сердцевиной и металлическими фланцами
с загибами (рис. 255),
в) с деревянной сердцевиной и простыми металлическими
фланцами (рис. 256).
322
Рис. 246.
Рис. 247.
323
Рис. 249.
Рис. 250.
Рис. 251.
Рис. 252.
Рис. 253.
Рис. 254.
Рис. 255.
324
Размеры их даны в табл. 34.
Существует также общая для всех фирм, изготовляющих пленки,
диаграмма, дающая длины катушек и диаметры фланцев.
Катушкодержатели и ключи для вращения катушки и перематы¬
вания пленки показаны на
рис. 257.
5. Зеркальные камеры
(рис. 258). Зеркало (угол 45°)
поднимается нажимом пальца
(система рычагов) или авто¬
матически (пружина на оси
вращения). Наводка, на фо¬
кус— кремальерой (рис. 259)
или чаще червячной оправой
объектива. Камеры в последнем
случае представляют собой ящик. Затвор .почти всегда шторный,
спуск его — рычажком на оси зеркала при подъеме последнего.
Рис. 258.
Рис. 259.
325
Рис. 256.
Рис. 257.
Таблица 34
Размеры катушек для пленок
326
а) Катушки металлические (рис. 254)
б) Катушки с деревянной сердцевиной и металлическими фланцами с загибами (рис. 255)
6. Двойные камеры. Образцы — Rolleiflex (Франке и Гей-
деке) или Brillant (Фойхтлендер). Разрез Rolleiflex (рис. 260)
понятен без объяснений. Камеры
обычно малого формата (4 X 4,
6X6 и максимум 9 X 9) и пре¬
имущественно для пленки. Наводка
на фокус — специальное устрой¬
ство (Немецкий патент Франке
и Гейдеке) или осевое перемеще¬
ние передней линзы.
Подобные камеры с некото¬
рыми конструктивными измене¬
ниями подготовляются к произ¬
водству на заводе ГОМЗ.
7. Стереоскопические камеры.
Обычные форматы — 45X107
и 60 X 130 мм. Первые имеют
фокус объектива 55 мм, вторые—
75—85 мм\ отверстие — обычно
1 :4,5; расстояние между осями
объектива—62 и 65 мм. Корпус—
металлический или деревянный
ящик. Наводка на фокус — рыча¬
гом червячной оправы (рис. 261а).
Может быть и обычного типа
Фольдинг (рис. 2616). Магазин
на 12 пленок, адаптер для Фильм-
пака, роликовая кассета (рис. 262),
кассеты для пластинок (обычно
металлические).
Камеры с автоматической уста¬
новкой на бесконечность (Fix-
Focus-camera). При открывании
камера сама становится на фокус.
Множество конструкций рычагов
(рис. 263). Сборка трудна в силу
необходимости соблюдения вы¬
сокой точности размеров в преду¬
преждение перекосов. Наводка—
обычно отвинчиванием передней
линзы.
8. Миниатюрные камеры.
Кинопленка, формат 18X24 мм
или двойной кадр 24 X 36 мм.
Объективы — от 35 до 135 мм.
Наводка — червячной оправой.
В последнее время появились такие
камеры на несколько ббльшие форматы (30 X 40 и 40 X 65 мм).
Рис. 260.
Рис. 261а.
327
Типичные представители—Лейка (Лейтц, рис. 264) и Контакс
(Цейсс-Икон, рис. 265). Затвор обычно шторный. Камеры исполь¬
зуют кинопленку. Для наводки при коротких фокусах необходим
телеметр (определитель расстояний). В последних моделях Кон-
такса и Лейки объектив
имеет сзади эксцентрик*
передающий движение
подвижному зеркалу теле¬
метра.
Среди миниатюрных
камер есть и зеркальные.
Из камер этого типа за¬
служивает особенного
внимания выпущенная
в 1935 г. фирмой Цейсс-
Икон камера Contaflex
(рис. 265а), являющаяся
дальнейшим усовершен¬
ствованием Контакса-
В основном она предста¬
вляет собой соединение двух камер — визуальной и съемочной —
подобно описанному выше Rolleiflex. Величина кадра — 24X36 мм*.
Рис. 262 Рис. 263,
Визуальный объектив — с /7=85 мм для удобства рассматрива¬
ния увеличенного изображения, съемочный — с F = 50 мм. Спе-
328
Рис. 2616.
329
Рис. 265.
Рис. 264.
Рис. 265а.
Рис. 2656.
циальная блокировка механизмов выдвижения обоих объективов
обеспечивает точность установки и компенсирует параллакс.
Объективы большой светосилы (Sonnar). Для увеличения яркости
изображения на краях при установке в визуальной камере приме¬
нена в качестве матового стекла плосковыпуклая линза с зама-
тированной плоскостью, на которой изображение, отклоненное
зеркалом, рассматривается через лупу. Козырек камеры устроен
так, что 0н одновременно может быть использован как иконометр,
видоискатель Ньютона и так называемый Albadasucher. Затвор —
щелевой со скоростями от */2 до 1/1000 сек. Шторка — гнущаяся
(шарнирная) металлическая. Меха- г
низм для самосъемки (Vorlaufwerk).
В корпусе аппарата — электрический
экспонометр. Сменные объективы
и пр. Отделка очень изящная. По¬
ложительные качества не оправды¬
вают размеров и веса камеры.
Советские конструкции зеркаль¬
ных камер — Мина, Гельгар. По¬
следняя (под наименованием „Спорт“)
в настоящее время выпускается за¬
водом ГОМЗ небольшими сериями.
Заканчивается подготовка к массо¬
вому производству. Эта камера
(рис. 2656) построена по принципу
обычных зеркальных камер. Мате¬
риал— нормальная кинопленка. Раз¬
мер кадра — 25X38 мм. Заряд — 50 кадров. Отсутствие парал¬
лакса обусловлено применением одного объектива (F=50; 1 :3,5)
для визирования и съемки. Яркость изображения достигается
применением плосковыпуклой линзы с заматированной плоскостью
в качестве матового стекла и лупы. Ньютоновский видоискатель.
Затвор — щелевой с негнущимися металлическими шторками (Совет¬
ский патент). Скорости в первых партиях — от 1/2б до lJб00 сек.
В массовом выпуске предположены замедленные скорости и Viooo сек*»
механизм для самосъемки, кассеты, сменные объективы и пр.
Вес — около 600 г.
Трудность лабораторной обработки негативного материала,
а также легкая его повреждаемость и последующее увеличение
несколько умаляют достоинства этих камер, почему значительное
большинство любителей предпочитает камеры больших форматов
(пленки 6X6» 5X8 и 6X9 см).
Помимо жестких миниатюрных камер имеются камеры типа
-Фольдинг, например Иконта Цейсс-Икон с центральным затвором
{рис. 266).
9. Штативные камеры. Размер — 9X12, обычно 13X18 и
18X24 см. Тип показан на рис. 267. В малых форматах движется
объектив, в более крупных — матовое стекло. Двойное растяже-
330
Рис. 266.
иие (около 2х/4 раз длиннее длинной стороны пластинки); годны
как для короткофокусных, так и для длиннофокусных объективов.
Наибольшее растяжение — 45—50 см, вес — 2,3 кг (размеры пред¬
полагают камеру 13X18 см).
Деревянная фотокамера дорожного типа довольно высокого
качества изготовляется небольшими сериями на заводе ГОМЗ.
Материал — ореховое дерево. Растяжение меха — около 45 см.
Горизонтальные и вертикальные уклоны задней рамы. Двойные
деревянные кассеты. Внешнее оформление хорошее.
10. Репродукционные камеры. Обычно крупный формат —
не меньше 30X40 см, растяжение не меньше 1 м. Матовые стекла
Рис. 267. Рис. 268.
и кассеты должны быть пригнаны особенно тщательно (фокусная
разница — !/1б—мм) (рис. 268). Кассета может принимать
пластинки разного формата. В задней части камеры (реже в кас¬
сете)— приспособление для параллельного движения растра; растр
может быть поэтому уже при наводке передвинут к слою.
Кассеты должны быть пригодны для мокрого коллодиона
(держатели пластинок из серебра); выемка в нижней обвязке
для возможности стекания раствора ляписа.
§ 4. Магазины и кассеты
Магазин с выдвижным ящиком показан на рис. 269а. Кассеты
(рис. 2696) бывают одиночные или двойные; последние — с твер¬
дыми или вынимающимися задвижками, полушторные или шторные.
Иногда полушторные кассеты раскрываются по середине (альбом¬
ные кассеты, рис. 270). Материал обвязок — дерево; задвижки —
дерево, эбонит, картон, листовой металл.
Металлическая кассета (почти всегда на 1 пластинку) состоит
из 3 — 4 выдвигающихся одна в другую частей (рис. 271). Толщина
Рис. 270. Рис. 271.
кассеты — 4 — 5 мм. Материал — очень мягкая листовая сталь
толщиной 0,25—0,3 мм (штамповка). Углы — спайка; вставка укре¬
пляется в корпусе точечной сваркой.
Фальцы нормированы DIN 450. Вверху — уплотнение (плюш).
332
Рис. 2696.
Фальцы в пластиночных камерах (размеры в миллиметрах,
рис. 272):
Кассеты, как деревянные, так и металлические, изготовляемые
в СССР, соответствуют приве¬
денным в таблице нормам.
Наибольшая ширина фальца
Ь — а-\- 4 мм (допуск -+0,2);
высота(вверху фальц открыт)—
d-\- 2 мм (допуск 4“ 0»2);
толщина фальца—1,9 -{- 0,2 мм
(рис. 272). Формы фальцев кас¬
сет показаны на рис. 2696.
На рис. 273 показаны за¬
движки для удерживания ме¬
таллических кассет на месте.
Требования = к кассетам:
светонепроницаемость и сов¬
падение плоскости слоя с ма¬
товым стеклом.
333
Рис. 272.
Рис. 273.
§ 5. Визиры, уровни и отвесы
Рис. 274.
Рамочный иконометр (рис. 274). Глаз — в вершине пирамиды;
угол должен отвечать углу изображения. Рамки чаще всего от¬
стоят на х/б фокусного расстояния. При боковом смещении объ¬
ектива передняя рамка должна двигаться в ту же сторону, что
и объектив. При передней рамке
на объективной доске и поло¬
жении глаза в главном фокусе это
движение автоматично и оди¬
наково с передвижением объек¬
тива, но задняя рамка не может
быть велика. Иногда она заме¬
няется круглым отверстием, но
тогда глаз находится непосред¬
ственно около него; визирова¬
ние затруднительно.
Для сокращения объема в пе¬
редней рамке часто вставляют
отрицательные линзы с ясно обо¬
значенным центром. При наличии
прицела (рис. 275а) глаз нахо¬
дится на главной оси, но поло¬
жение его не фиксировано (визир
Ньютона).
При собирательной линзе в прицеле (рис. 21ЪЬ) положение
глаза более определенно. Перемещая ее вниз или вбок, можно сде¬
лать картину визира подоб¬
ной изображению пластинки
(визир Беллизни, обращен¬
ный бинокль Галилея).
Визиры с матовым стек¬
лом. Эти визиры предста¬
вляют собой подобие камеры.
Обычно матовое стекло гори¬
зонтально (зеркало 45°);
размеры его равны размерам
пластинки, умноженным на
отношение фокусов линзы и объектива. Линза может иметь дви¬
жение (подобие с передвижением объективу).
Заменой верхнего матового стекла собирающей линзой полу¬
чают визир бриллиант (Адамса). Назначение этой линзы — уве¬
личение яркости изображения вследствие отклонения крайних:
лучей к оптической оси на расстояние около 25 см (расстояние
ясного зрения). Фокус добавочной линзы — около 25 см (рис. 276).
Почти всегда складные. 1
Рис. 275.
1 Подробности о визирах и их расчеты см. например статьи автора
в Журнале ОМП за 1933 г.
334
Фотографические телеметры (приборы для определения
малых расстояний). Различают следующие три главные типа.
1. Телеметр без оптики. Действие — помощью отвеса (рис-
277). Через трубку смотрят на подошву объекта съемки. Отвес
при этом займет вертикальное
положение и отметит на шкале
расстояние (шкала размечается
по росту фотографа). Нажи¬
мая планку, застопоривают от¬
вес и читают показание Hä
шкале (телеметр пригоден оче¬
видно лишь на горизонтальной
местности). Размеры: диаметр
трубочки — 3—4 Mji, ее дли¬
на— 70 — 80 мм.
2. Телеметр с матовым
стеклом. Сопряженный фокус
дает меру расстояний до пред¬
мета. Обыкновенно телеобъ¬
ектив, фокусное расстояние—
около 18ч—20 см, расстояние
между линзами — 7 см; длина
прибора в сложенном виде —
90 мм, диаметр—около 25 мм;
диаметр матового стекла —
около 20 мм.
3. Коинцидентные теле-
метры. Два зеркала, одно
(обычно располагается наблю¬
дателем справа) — подвижное
(схема — рис. 278, наружный
вид — рис. 279). Подводка не¬
подвижного зеркала или при¬
змы частично снята; перед под¬
водкой зеркала обыкновенно
цветной ф!ильтр. База прибо¬
ра—60—85 мм, редко больше.
Габарит — не больше 2 X 2Х
XU см. Измеряемое расстоя¬
ние— не свыше 20 м. Ошибки
велики (например при расстоя¬
нии в 10 м точность ±7Ьсм).
В новейших камерах часто объектив имеет на червячной оправе
эксцентрик, двигающий одно из зеркал так что наводка на фокус
может делаться без матового стекла.
В немецких патентах предложено с целью увеличения точности
делать прибор складным с большой базой, однако точность при¬
бора не может не страдать.
Рис. 276.
Рис. 277.
Уровни, отвесы. Два взаимно перпендикулярные цилиндри¬
ческие уровня в общей оправе (рис. 280). Второй уровень
иногда делается без жидкости, а с шариком.
Радиус верхней сферической поверхности (а при шаре — радиус,
поверхности катания) — около 55 — 60 мм. Диаметр коробки —
15 — 20 мм, диаметр тарелки — 24 — 28 мм.
Вместо уровней для дешевизны берут иногда отвесы.
1. Деревянный треножник (рис. 281). Складные 2—3 (реже 4)
колена; верхнее — скрепляется с головкой болтами и гайками. Раз¬
меры: обычно диаметр головки — 5 — 6 см, толщина — 2,5 — 3 см\
длина штатива в растянутом виде — 120—145 см, в сложенном —
50 — 85 см\ вес штатива в легких моделях — около 600 г, в более
солидных — редко больше 1500 г.
Деревянные треножники для камер разных размеров изгото¬
вляются во многих местах СССР, в том числе и на заводе ГОМЗ.
2. Металлические’штативы, (рис, 282). Материал ножек — ла¬
тунные или алюминиевые трубки; диаметр головки — около 50 мм.
Рис. 279.
Рис. 280.
§ 6. Штативы
336
Рис. 278.
Трубки соединяются между собой или навинтованными концами
или системой нажимных пружинных кнопок, входящих в отверстие
каждой выше лежащей трубки. Длина раздвинутого штатива —
до 125 см\ в сложенном виде — зависит от числа колен (от 3 до 9),
колеблется от 35 до 17 см; вес — 450—800 г (диаметр трубок
в верхнем колене — обычно 18—14 мм).
Рис. 282.
Гайки и винты. Гайки — меньше 5 мм глубины (3 витка).,
Штативный винт имеет диаметр *// (Лига) или 3/8" (принят Между¬
народным парижским конгрессом 1897 г.).
Диаметр
винта
Наружный
диаметр
мм
Диаметр
в гл. пар.
мм
Число
витков
на \п
Шаг нарез¬
ки винта
мм
3/8"
V/
9,525
6,350
7,492
4,724
16
20
1,5876
1,2700
Нарезка — по системе Витворта (равнобедренный треугольник,
угол при вершине 55°, округленный радиусом */6 высоты треуголь¬
ника). Допусков для гаек не установлено.
Габариты гайки; диаметр фланца — 25 мм, нарумдеый диаметр
гайки—12 нм, толщина фланца—1,5 — 2 мм, общая глубина
гайки — 5 — 8 мм.
007
22 8&В’ 3730. Справочн. кн. оптяко-механика.
Рис. 281.
3. Штативы для репродукционных и павильонных камер.
Штативы — из двух рам, соединенных одна с другой пружинами
Рис. 2*3
Рис. 284. Рис. 285.
(рис. 283); нижняя — устанавливается на полу винтами, на верх¬
ней — располагаются камера и экран для оригинала. Наружные
размеры рамы (для камеры 30X40 см)— 60X350 мм; бруски —
338
65X100 мм. Рессоры (число 6) рассчитаны на нагрузку (каждая)
10—12 кг. Высота верхней поверхности над полом — 60 — 65 см.
На рис. 284 показан павильонный штатив, а на рис. 285 и
267 — так называемый салонный штатив. Размеры последнего (при¬
мерные): наименьшая высота — 66 см; наибольшая высота— 147 см;
размеры верхней доски — 21X30 см.
§ 7. Определение времени позы и служащие для этого при¬
боры1
Время позы зависит главным образом от четырех факторов:
яркости освещения, степени отражения действующих на пластинку
лучей предметом съемкр, светосилы объектива и чувствительности
слоя.
1. Яркость освещения. При дневном свете зависит от высоты
солнца. Изменяется побочными обстоятельствами — облачностью,
туманом, дымкой и т. п., — оценка которых производится на-глаз
или помощью фотометров или актинометров. Коэфициенты вре¬
мени позы для разных часов и месяцев даются таблицами Скотта
(см. ниже). При вычислениях обращают внимание на погоду и
цифры Скотта множат на:
При солнце и белых облаках
„ солнце и темных облаках Р/2
* небе слегка сером, солнце очень слабом
(тени на земле едва видны) 2
„ небе сером, без солнца 2^2
„ небе, затянутом (темновато) 3
„ угрозе дождя 4—6
* темных грозовых тучах, без солнца . . 8—10
2. Сюжет съемки. См. ниже.
3. Светосила объектива. Обыкновенно принимают во внима¬
ние только диафрагму (конструкция объектива, состояние поли¬
ровки линз оставляются вне рассмотрения). Экспозиция для раз¬
ных диафрагм:
Диафрагма
1,5
2
3
3,5
4
4,5
5
6,3
6,8
8
9
И
12,5
18
22
36
45
Экспозиция
0,11
0,2
0,45
0,6
0,8
1
1,6
2
2,3
3
4
6
8
16
24
64
100
За единицу принята экспозиция при диафрагме 4,5.
4. Чувствительность слоя. Не поддается точному определе¬
нию, способы ее нахождения иногда отличаются чрезвычайной
1 Время позы в дальнейшем часто называется для краткости экспози¬
цией, хотя это название и не совсем верно (под экспозицией в фотогра¬
фии понимается величина светового заряда, выраженная в сек.ХметрХ
X свеч.).
22* 339
сложностью. Способы определения чувствительности предложены:
Варнерке, Шейнером, Гертером и Дриффильдом, Эдером-Гехтом и
др., чувствительность связывается с химическими явлениями: Винном,
Ваткинсом, Канневелем и др. (см. ниже).
Приблизительное согласование градусов различных сенсито¬
метров см. в табл. 35.
Таблица 35
Приблизительное соотношение градусов различных сенситометров
Варнерке
War
Гертер и
Дриф-
фильд
H&D
Бат¬
кине
Wa
Винн
Wy
Эдер-
Гехт
ЕН
Шей-
нер
Sch
Относитель¬
ная чувстви¬
тельность
Относи¬
тельная
экспозиция
11
9
13
23
41
1
1
29,8
13
15
22
30
46
3
1,6
18,7
15
24
35
37
51
5
2,6
11,5
17
39
51
48
56
7
4,3
6,9
19
64
94
62
62
9
7
4,3
21
104
153
79
67
11
11,3
2,6
23
170
250
100
72
13
18,3
1.6
25
276
406
128
77
15
29,8
1
27
448
659
163
83
17
48,3
0,6
29
727
1070
207
88
19
78,5
0,4
30
930
1370
230
90
20
100
03
—
—
—
—
—
21
130
—
—
—
—
—
—
23
210
—
—
—
—
. —
—
25
340
—
—
—
—
—
108
26
43р
0,1
Та к как разные системы сенситометров основываются на со¬
вершенно разных принципах, то данные этой таблицы не могут
быть надежными; необходимо (особенно при слоях высокой чув¬
ствительности) опираться на собственный опыт. Предложенные
Джонсом и DIN обозначения пока еще не приняты.
Таблицы. Первые таблицы давали коэфициенты, которые для
окончательного результата перемножались Образец — таблица
Эллиотта (перепечатана в кратком руководстве Давида и в дру¬
гих книгах, обычно без указания авторов). При солнечной погоде
и диафрагме fj 11, при пластинках чувствительности Sch около 16°
время позы указано в табл. 36.
При иной диафрагме и пластинках цифры множатся на соот¬
ветствующие коэфициенты. Таким же образом проводится и учет
погоды.
Совершенно естественна была* мысль заменить умножение сло¬
жением и составить логарифм-таблицы. За основание было взято
J/2, и логарифмы округлены до целых цифр. Такие таблицы
многочисленны, типом их может служить таблица Лео, прилагае¬
мая к камерам ГОМЗа и напечатанная в наставлении H. М. Ильина
340
Таблица 36
Пример определения времени позы
До полудня
6
час.
7
час.
8
час.
После полудня
6
час.
5 час.
4 часа
Вид сюжета
А
В
С
D
А
В
С
D
А
В
с
Z)
Январь ....
*
Февраль . . .
—
—
—
—
—
—
—
—
7 io
74
V*
50
Март
—
—
—
—
Vl2
74
б/8
50
724
78
3/8
25
Апрель . . .
Vl2
V*
78
55
V24
78
3/8
25
740
7l2
V«
12
Май .....
Vie
/в
3/8
35
V30
Vio
74
15
750
7is
V8
10
Июнь ....
vie
У6
3/8
35
7*,
/12
V*
15
7ео
720
Vs
10
Июль ....
t
/8
35
V40
/12
7в
15
7зо
7 20
Vs
10
Август ....
/4
ь/в
50
V24
7в
3/8
25
7зо
7ю
Ve
12
Сентябрь . . .
—
—
V12
74,
5/8
50
728
Ve
3/8
25
Октябрь . . .
712
74
V2
50
Ноябрь ....
Декабрь . . .
Здесь: А — отдаленный открытый пейзаж без переднего плана;
В — пейзаж с передним планом (деревья, кусты и т. д.); С — портреты и
группы на воздухе (очень близкие здания); D — светлое внутреннее по¬
мещение или небольшие группы в светлом помещении.
Снимки облаков, моря, снега—половина времени для А.
к обращению с аппаратом Фо¬
токор № 1. Наиболее подроб¬
ными являются таблицы Кузэна
и Юильяра (в „Agenda“ Лю¬
мьера и других альманахах) и та¬
блицы Моро (в „Photo-Revue*
1927 г.).
Линейки. Логарифмические
таблицы очевидно можно вы¬
полнить в форме прямых или
круговых линеек. На рис. 286
дана такая линейка фирмы
Ильфорд (изобретена проф.
Скоттом). В ней четыре круга:
верхний и нижний—соединены
неподвижно, два промежуточ¬
ные — вращаются.
На верхнем неподвижном- диске обозначена чувствительность
пластинок: О, С (Ordinary, Chromatic, HD 45—60°, Wy 32°,
Sch 10—11°); ERI (Empress. Rap., Isochr., HD 90—120°, Wy 45—56°,
Sch 13—14^; SR (Spec. Rap., HD 200—220°, Wy 78°, Sch 16°);
M (Monarch, HD 450—500°, Wy 120—180°, Sch 19—20°).
341
Рис. 286.
На следующем диске (первом подвижном) даны условия осве¬
щения: SWC (солнце, белые облака); SBC (солнце, голубое небо;;
CS (облачное небо, тени едва видны); D (пасмурно); VD (очрнь
пасмурно). На этом же диске гравировка отвечает числам нахо¬
дящейся на обороте таблицы.
На третьем (втором подвижном) диске даны виды сюжетов
и отверстия диафрагм.
Четвертый (неподвижный) диск несет время экспозиции (се¬
кунды, минуты, часы). На обороте диска — таблица коэфициентов
силы света для разных часов и месяцев года.
Порядок работы. Второй диск устанавливают так, чтобы дан¬
ные условия освещения приходились против данного сорта пла¬
стинки на верхнем неподвижном диске. По месяцу и часу дня
находят в числовой таблице (на оборотной стороне) коэфициент
силы света, против которого (он помещен на втором диске) уста¬
навливается род съемки (на третьем диске). Против диафрагмы
(на третьем диске) стоит время экспозиций (четвертый диск). 1
Как образчик приводим таблицу коэфициентов силы света
для 53° северной широты.
Время
До полудня
После
полудня
Июнь
Май, июль
Апрель,
август
Март,
сентябрь
Февраль,
октябрь
Январь,
ноябрь
Декабрь
Примечание
1
2
1
1
I1/!
iv*
2
3V2
4
Великобри¬
тания
11
1
1
1
1V*
iv2
272
4
5
Средняя
Россия
(Москва)
10
2
1
1
1V4
3
5
6
Канада
9
3
1
174
1V2
2
4
12
16
8
4
1V2
172
2
3
10
Северная
Германия
(Берлин)
7
5
2
272
3
6
Северная
Франция
(Париж)
6
6
2У2
3
3
—
—
—
5
7
5
6
—
—
—■
—
Бельгия
4
8'
12
Голландия
Приборы для определения времени позы. 1. Оптические фото¬
метры без источника света. а) Первый тип. Образцов таких
фотометров множество; описываем только одну модель новейшего
прибора (Юстофот).
1 Bojfee подробно см. брошюру Ильфорда (на английском языке)
или каталог И о х и м а (на русском языке),
342
На конце металлической трубки (рис. 287)—лупа; на голу¬
бом матовом стекле — изображение снимаемого предмета, кру¬
гом—17 постепенно слабеющих по освещенности кружков. Для
максимальной экспозиции надо прочесть номер последнего еще
Рис. 287.
различимого кружка, затем шкала прибора (снаружи) вра¬
щается, пока стрелка не станет против найденного номера кружка.
Тогда шкала сразу дает время съемки для любой диаф¬
рагмы от 1,35 до 50. Чтобы глаз приспособился к освеще¬
нию в трубке, нужен некоторый промежуток времени (Англий¬
ский патент 361000 от 29 ав¬
густа 1929 г.).
б) Второй тип. Пред¬
мет съемки рассматривается
через серый или синеватый
клин, и передвижением послед¬
него находится такое его поло¬
жение, когда детали предмета
съемки исчезают. Однако при¬
менение подобных приборов
затруднительно и вообще не¬
надежно.
2. Оптические фотометры
с переносным источником
света. Образец новейших при¬
боров — Фильмограф.
Подробное описание см.
Bull. Soc. frang. de phot.,
1929 г. Вес всегоприбора-толь¬
ко 125 г.
3. Химические фотометры. Образец — Винн-Ваткинс (рис. 288).
Бромистая бумага темнеет до некоторого заданного оттенка; время
потемнения дает основу для расчетов. Химические фотометры на¬
дежнее оптических. Подробнее см. Е. Энглиш, Основы фото¬
графии, 1927.
4. Электрические измерители экспозиций. Появились недавно
(1933 г.). Чрезвычайно надежны. Свет от предмета падает на
фотоэлемент (обычно тончайший слой золота на пластинке селена)
и дает ток пропорционально своей силе; ток приводит в движение
343
Рис. 288.
амперметр, и стрелка указывает экспозицию. Прибор может изме¬
рять интенсивность света 1 : 4000. Кривая чувствительности эле¬
мента близка к кривой чувствительности пластинки. На рис. 289
показан Metrophot (диаметр — около 55 мм, толщина — около 25 мм,
вес — около 170 г); основые части: указатель диафрагмы в фото-
Рис. 239.
аппарате; указатель чувствительности (по Sch); фотоэлемент;
гальванометр со стрелкой. Устройство других приборов
такого рода аналогично (Ombrux, Photolux и др.); объем их не¬
велик (примерно 60 X 54 X 20 мм).
Увеличительные аппараты. При увеличении в п раз отно¬
шение сопряженных фокусов будет тоже п [расстояние от объ¬
ектива до экрана /"(л -f-1), а до негатива /(1-j-l/л)].
Рис. 290 представляет разрез горизонтального увеличителя,
конструкция которого совершенно ясна, а — основание; Ь — вы¬
движная-доска с экраном с для бумаги; d — подкос; е — ламповый
корпус; f—лампа с приспособлением для установки g\ А — кон¬
денсор; i — мех; k — негатив; / — стереоскопическая камера;
т — закрепляющий винт. Ниже даны средние величины диаметра
конденсора и расстояния источника света (в сантиметрах):
344
Рис. 290.
Формат
4,5X6
6,5X9
9X12
10Х 15
Диаметр конденсора
Расстояние источника света от
заднего конденсора
8—10
8
11—13
10
15—17
12—15
18—20
15—18
Иногда при увеличениях вводят матовое стекло между кон¬
денсором и источником света или (лучше) между конденсором и
Рис. 2У1.
негативом. При этом контрасты негатива не подчеркиваются (так
называемый „увеличительный“ коэфнциент не превосходит 1), но
свет сильно ослабляется.
Схемы освещения рассеянным светом даны на рис. 291. Здесь:
а — увеличительный аппарат (дневное освещение); b — прямой
рассеянный свет: / — лампа, z— пароболический отражатель с ма¬
товым или молочным стеклом, п — негатив, р — увеличенная пози¬
тивная копия, о — объектив; с — освещение отраженным светом:
г—эллиптическая цилиндрическая внутренняя поверхность или
окрашенная матовой белой краской,' или представляющая зеркаль¬
ную поверхность (в таком случае перед негативом нужно матовое
или молочное стекло).
Аппараты с автоматической установкой на фокус. Эти при¬
боры автоматически выполняют известное условие: 1/а + ljö = 1//.
При экстрафокусных расстояниях ах = а — / и bl = b — / это
345
Рис. 292.
уравнение дает aibi =ft (гиперболическая зависимость). Инж. Жюль
Карпантье (Немецкий патент 102004, 1897 г.) запатентовал при¬
бор, основанный на выполнении этого условия прямоугольным
треугольником. После этого опубликовано множество конструкций,
выполняющих тр же условие (общее название таких приборов —
инверзоры).
В новейшее эремя, главным образом в приборах с вертикаль¬
ной оптической осью, применяют прямо очерченные по кривой
лекала, по которым скользит рычажок,
переставляющий в нужное положение
объектив при передвижении всего ап¬
парата вверх или вниз. Примером мо¬
жет служить Мирафот Цейсс-Икон
(рис. 292): а - - корпус-лампа (так назы-
Рис. 293.
Рис. 294.
ваемое „пара“-зеркало); b — негатив; с — доска или стол для
бумаги; d—объектив; ех—«едущий ролик; е — лекало, укреплен¬
ное на стойке /; fx — направляющая для ручки g; h — кабель для
подъема и опускания прибора. Наружный вид Мирафота дан на
рис. 293.
- |На рис. 294 изображен Ernophot Эрнемана. Стойка а укре¬
пляется на столе или чертежной доске с зажимом b; d — устано¬
вочное кольцо со штифтом е; в трубках /, g устроены напра¬
вляющие с различным шагом. Таким образом объектив h и нега¬
тивная рамка i связаны в их движениях, и изображение на с
346
"всегда резко, k — опаловое стекло; /—отражатель; т — вентиля¬
ционная трубка.
Из сказанного видно, что можно придумать множество кон¬
струкций автоматической наводки. Во всех этих приборах кривые
со временем изнашиваются, и прибор перестает давать резкое
изображение. \
Аппараты для дневного света. Простейший вид — конус (де¬
рево или картон). Обычно — только один масштаб увеличений,
однако есть приборы для 2 и даже 3 смежных масштабов (при-
Рис. 295.
мер — рис. 295). Неудобство — громоздкость. Верхняя часть может
быть вложена в нижнюю. Крайнее непостоянство дневного света.
Экспозиция — крышкой над негативом или задвижкой при объ¬
ективе (обычно перископ). Размеры конусов при двукратном уве¬
личении:
Увеличения
Фокус объ¬
ектива мм
Масштаб
увеличения
Горизон¬
тальный
размер
ящика мм
Оптическая
длина при¬
бора мм
Длина
камеры мм
Угол изо¬
бражения
(диагональ)
4,5 X 6 на 9 X 12
7,5
2
10 х 15
33,75
11,25
37°
6,5 X 9 на 13X18
10,5
2
13 X 18
47,25
15,75
39°
9X12 на 18X24
13,5
2
18 X 24
60,75
20,25 |
1 41°
I
Конусы с большим увеличением почти не встречаются и де¬
лаются складными с несколькими масштабами.
Проекционные аппараты для сквозной и отраженной про¬
екции. Наиболее мощный источник света — дуга постоянного тока
(кратер на положительном угле). Для домашних проекций—дуга
переменного тока; сила — 5—10 А, напряжение — около 40 V, угли
с фитилями, диаметр 5—8 мм\ расположение или перпендику¬
лярно друг к другу (один уголь горизонтален) или параллельно.
В последнее время — лампы накаливания 450 — 500 W; новинка
12 000 свечей при расходе 500 W (Nitraphot).
Типы аппаратов аналогичны описанным в гл. XII.
В СССР изготовляются преимущественно вертикальные увели¬
чители для увеличения с кинопленки для размера 24 X 36.
Установка — движением корпуса в вертикальном направлении
и установкой объектива преимущественно червячным устройством
в тубусе последнего. Для камер типа Лейкаг, выпускаются увели¬
чители специальных типов.
Г. М. Иванов
Г л а в а XI
КИНОАППАРАТУРА
§ 1. Кинопленка
Кинопленка. Кинопленка состоит из глянцевой прозрачной
подложки и матовой светложелтой непрозрачной эмульсии или
светочувствительного слоя. В качестве подложки применяю^
нитроцеллюлоза (целлюлоид) или ацетилцеллюлоза. В табл. 37 при¬
ведены средние значения механических свойств подложки кино¬
пленки.
Таблица 37
Механические свойства подложки
Нитроцел-
Ацетилцел-
Механические свойства
люлозная
люлозная
пленка
пленка
Сопротивление на разрыв, кг/мм2 попе-
7
6,8
Удлинение, %
30
39
Число перегибов на аппарате Шоппера .
70
65
Толщина пленки колеблется от 0,12 до 0,175 мм. Толщина
бромосеребряного слоя — от 0,01 до 0,03 мм.
Главный недостаток нитроцеллюлозной пленки — ее горючесть:
целлюлоид воспламеняется при температуре 160° и горит ярко-
желтым пламенем. При соприкосновении с открытым огнем цел-
люлоидная пленка сгорает с большой скоростью.
Размеры нормальной киноленты (киноленты нормальной ширины)
см. в табл. 38. Размеры нормальной узкой (16-миллиметровой) кино¬
ленты см. на рис. 296.
Расположение фонограммы на киноленте нормальной ширины
и нормально узкой показано на рис. 297 и 298.
Данные о широкой киноленте, применявшейся в Америке, при
аедены в табл. 39.
349
Рис. 298-
Рис. 297
Рис. 296.
Таблица 38
Кинолента негативная и позитивная нормальной ширины
Главные размеры:
ММ
t
Ь
с
d
е
г j h
4,75
35-0,1
А = 2
В= 1,85
2,8 it 0,01
28,15 it 0,05
0,5
m
Допуск на длину 100 t: плюс 1 мц> минус 0. Данные относятся
к пленке непосредственно после ее перфорирования. Сырую негатив¬
ную пленку наматывать слоем наружу на сердечник диаметром 50 мм,
позитивную пленку — слоем внутрь на сердечник диаметром 48 мм.
Ширина фйльмового канала в проекторе равна 35,1 -f ОД мм.
351
А — позитивная
В — негативная
Таблица 39
Широкая кинолента
Данные ленты
Fox Corp.
„Grandeur“
Paramount
Famous
Lasky Corp.
RCA Photo¬
phone In&r
Syst. Spoor
RG Fear
Ширина ленты, мм . .
70
56
63,5
35
Ширина кадра, мм . .
46,74
41,14
52,32
46,05
Высота кадра, мм . .
23,11
18,85
28,45
20,32
Шаг перфорации, мм .
Число перфорационных
5,94
4,75
4,75
4,75
отверстий на кадр. . .
Размеры перфорацион¬
4
4
6
10
ных отверстий, мм . .
Ширина звуковой до¬
3,30 х 2,03
Стандартные
рожки, мм
7,85
3,18 |
1 -
I 5,08
§ 2. Детали киноаппаратуры
Транспортирующие механизмы. По характеру сообщаемого
киноленте движения они делятся на механизмы для тофлчкообраз-
ного движения и механизмы для равномерного движения.
В качестве транспортирующего механизма для толчкообразного
движения в кинотехнике применяются:
1) механизм мальтийского
креста
съемочные аппараты любитель¬
ского типа, театральные проек¬
торы;
2) грейфер (вилка)
3) пальцевая система
4) кулачковая система
съемочные аппараты профессио¬
нального типа, проекторы пере¬
движного типа;
проекторы передвижного типа.
Равномернее транспортирование пленки применяется в звуковой
аппаратуре и в аппаратуре с оптическим выравниванием. Для
достижения большей равномерности движения ось транспорти¬
рующего пленку барабана целесообразно соединять с приводной
осью через маховик и механический фильтр.
В киноаппаратуре с оптической компенсацией с транспорти¬
рующим киноленту механизмом соединяется оптический компен¬
сатор.
352
Любой оптический компенсатор состоит из оптической части,
•осуществляющей собственно компенсацию, и механической части,
приводящей оптическую часть в движение. В качёстве оптической
части компенсатора могут применяться линза, зеркало и призма.
Оптическая часть может или беспрерывно вращаться, или качаться
вокруг оси, или двигаться возвратно-поступательно. Схема главных
групп компенсаторов приведена в табл. 40.
Таблица 40
Типы оптических компенсаторов
Оптический
компенсатор
Постоянное
вращение
Беспрерывное вра¬
щение с дополни¬
тельным движе¬
нием оптической
системы
Качание
и колебание
Линзы
Зеркало
Стеклянное
тело
Цепь линз. Диск
с линзами. Ба¬
рабан с лин¬
зами. Кольцо
с линзами
Зеркальный ба¬
рабан
Вращающиеся
призмы много¬
угольного по¬
перечного се¬
чения
Вращение линз, уп¬
равляемое кулач¬
ком
Вращающийся зер¬
кальный венец с
особым управле¬
нием каждого от¬
дельного зеркала
Вращающийся
призменный венец
с управлением
каждой призмы
Возвратно-посту¬
пательно движу¬
щаяся линза. Ка¬
чающаяся возврат-
но-п оступ ател ьно
система из 2 линз
Колеблющееся зер¬
кало
Система из движу¬
щихся маятнико¬
образно призм или
плоскопараллель¬
ных пластинок
Обтюратор. Обтюратор служит для перекрывания моментов
смены кадров и является необходимой частью всех съемочных,
проекционных и копировальных аппаратов с прерывистым движе¬
нием киноленты.
В обтюраторе съемочных и копировальных аппаратов отно¬
шение экспозиции к продолжительности полного периода может
изменяться независимо от скорости вращения механизма.
Если: /—длина кадра в направлении движения обтюратора;
V — скорость вращения обтюратора; и — длина окружности обтю¬
ратора, J — примененная при съемке сила света, то количество
Q света, попадающее на пленку, будет:
1) для мальтийского креста (движение */4 периода, покой 8/4);
2) для эксцентрикового грейфера (движение */з периода*
покой 2/3):
3) для D-образного грейфера (движение и покой одинаковы)-
Количество Q света, попадающее на пленку, может быть
определено также из уравнения:
где 2г — диаметр проекции объектива на обтюратор; b — длина»
дуги щели; 5 — длина хорды, ее стягивающей; h — высота дуги;,
V — скорость вращения диска.
Приведенные уравнения относятся к тому случаю, когд^
обтюратор расположен непосредственно перед кадровым окном.
Без особых погрешностей можно применять эти уравнения и для
тех случаев, когда расстояние между обтюратором и. кадровым
окном не превышает 10 мм.
По устройству щели все обтюраторы делятся на обтюраторы
с постоянной щелью и на обтюраторы с переменной щелью.
В большинстве современных киносъемочных и копировальных
аппаратов обтюраторы имеют переставную щель, которая позвоь
ляет получить экспозиции разной длительности. В табл. 41 при*
ведена зависимость между щелью обтюратора и выдержкой.
Таблица 41
Экспозиция и щель обтюратора в киносъемочных аппаратах
(Цифры показывают продолжительность экспозиции в сек.)
Обтюратор в проекторах, кроме задачи преграждать путь
света на экран при смене кадров киноленты, имеет назначение
ослаблять явление мерцания, получающееся в результате смены
на экране тьмы светом.
о
354
Предельное число смен освещения и затемнения в секундах,
при котором явление мерцания становится незаметным, называется
частотой слияния. Зависимость частоты слияния от силы света
(по данным Портера) приведена в табл. 42.
Таблица 42
Частота слияния и сила света
10+1 gj
8,78
9,04
9,40
10,00
10,19
10,44
10,60
J
лк
Частота
слияния
п
0,06
0,11
0,25
1,00
1,56
2,78
4,00
17,75
18,08
18.50
26,08
28,00
32,00
33.50
141g./
J
лк
Частота
влияния
п
10,80
6,25
35,50
11,40
25,00
42,66
12,00
100,00
50,83
12,25
177,78
55,08
12,60
400,00
56,42
13,20
1600,00
65,00
13,81
6400,00
71,Q0
По Леману частота слияния может быть определена из ура¬
внения:
На рис. 299 зависимость частоты слияния от силы света
представлена графически.
Из гигиенических соображений нормальной считается освещен¬
ность в 50 лк, которой по уравнению (1) соответствует частота
слияния 46,8. Наименьшая допусти¬
мая освещенность принимается в
10 лк, которой соответствует час¬
тота слияния 38. При освещен-
Рис. 299
Рис. 300.
ности 200 лк, что можно считать достаточно ярким, частота
слияния равна 54. В среднем следовательно частота слияния
берется от 38 до 54. Влияние других факторов на частоту
слиянкя незначительно.
На рис. 300 показаны наиболее употребительные в настоящее
время формы обтюраторов, для которых данные приведены в табл. 43.
23» 355
Таблица 43
Наиболее улотребительные проекционные обтюраторы (рис. 300)
Двухлопастный обтюратор
Трехлопастный обтюратор
Диаметр объектива мм
Диаметр объектива мм
52,5
62,5
52,5
62,5
z = 90°
98°
90°
98°
F = 90°
98°
60°
60°
о — 90°
87°
60°
60°
—
—
30°
22°
Свободен от мерцания при смене кадров
в сек.
25
26
20
21
Пропускает
света в %
50
46
42
39
Кроме дисковых обтюраторов в проекционной аппаратуре
широко применяются конические и цилиндрические обтюраторы.
Рамка. Назначение рамки — направлять киноленту в опреде¬
ленной плоскости. Бывают следующие типы рамок:
1) рамка прямая нажимная,
2) рамка прямая пульсирующая,
3) рамка криволинейного очертания.
Рамка прямая нажимная получила наиболее широкое при¬
менение в кинопроекционной аппаратуре и в дешевых типах
съемочных и копировальных аппаратов. В такой рамке кинолента
находится все время под давлением пружин или роликов.
Рамка пульсирующая применяется по преимуществу в боль¬
шинстве современных киносъемочных аппаратов. В ней пленка
по окончании фазы движения зажимается между двумя пластин¬
ками й свободно проходит при своем толчкообразном движении.
Недостаток этой рамки в том, что она сильно усложняет кон¬
струкцию аппарата.
Рамка криволинейного очертания применяется в киноаппара¬
туре с непрерывным движением киноленты: в съемочных и про¬
екционных аппаратах с оптической компенсацией, в копироваль¬
ных аппаратах с равномерным продвижением кинопленки и
в звуковоспроизводящих аппаратах (она нашла также примене-
356
ние и в проекторах для широкой фильмы, продвигающейся толчко¬
образно). В таких рамках кинолента проходит свободно, произ¬
водя в некоторых точках рамки лишь незначительное давление,
образующееся от напряжения сгибания пленки при ее искривле¬
нии.
Зазор между пленкой и направляющей рамки может быть
равным 0,3—0,4 мм.
Размеры кадрового окна см. в табл. 44.
Таблица 44
Кадровое окно
Назначение
b
м ч
/
мм
1. Для киноленты нормаль- !
ной ширины:
1
Проектор
Съемочный аппарат . .
Копировальный аппарат .
17,51
181
201
23,51
241
261
2. Для узкой киноленты:
Проектор
Съемочный аппарат . .
9,651
, 10,41 1
7,211
7,471
Зубчатые барабаны. Зубчатый барабан — вращающаяся часть
транспортирующего механизма, захватывающая киноленту за пер¬
форационные отверстия расположенными у его боковых окруж¬
ностей зубьями. Размеры нормального зубчатого барабана на
пленку нормальной ширины по данным Фотографического интер¬
национального конгресса даны в табл. 45. Зубчатые бара¬
баны с 32 зубьями DIN приведены в табл. 46. Зубчатые бара¬
баны с 24 зубьями не нормализованы. Зубчатые барабаны для
16-миллиметровой пленки по данным Американского общества
кино-инженеров указаны в табл. 47.
В табл. 48 и 49 приведены зубчатые барабаны для 16-мил-
лиметровой киноленты по DIN.
Материалом для зубчатых барабанов служит твердая (обычно
хромоникелевая) сталь; в проявочных машинах применяются зуб¬
чатые барабаны из пластической массы или монель-металла.
При изготовлении барабанов следует обратить внимание на
точность нарезания зубьев.
1 Допустимое отклонение + 0,1.
357
Ниже приводятся допустимые отклонения в зубчатом бара¬
бане на ленту нормальной ширины:
Отклонение
Т ран спортиру ющи й
барабан
Подающий и принимаю¬
щий барабаны
Эксцентриситет
0,01
0,1
Угловое отклонение
в делении зуба
±2 ыин.
ztz 5 мин.
Таблица 45
Зубчатые барабаны для позитивной и негативной кинопленки нор¬
мальной ширины, сырой и обработанной
(данные Фотографического интернационального конгресса)
358
Съемочные аппараты
Проекционные аппараты
Примечание
Отсутствующие размеры определяются конструктивно.
Та б л ища 46
Зубчатые барабаны для позитивной и негативной пленки нормальной
ширины, сырой и обработанной
(данные DIN)
Если z — толщина зуба в основании/Z—шаг зубьев, \ — про¬
цент отклонения шага перфорации L от шага зубьев Z, y — Ljl—
отношение шага перфорации к ширине отверстия перфорации, то
максимально допустимое число находящихся в зацеплении зубьев
»барабана с перфорационными отверстиями может быть определено
из равенства:
Съемочные аппараты
Проекционные аппараты
Примечание
Отсутствующие размеры определяются конструктивно.
Таблица 47
Зубчатые барабаны для позитивной и негативной 16-миллиметр oeofr
киноленты
(данные Американского общества кино-инженеров)
Число пар зубцов, зацепляющих за киноленту
360
Подающий б а р а б а №
Принимающий барабан
Принимающий и подающий барабан
Таблица 48
Зубчатые барабаны для узкой киноленты с односторонней
перфорацией
(данные DIN)
Назначение
Диаметры
а
Число»
зубьев
Я + од
Г — 0,05
0
1. Записывающий
| 20,8
19,25
19,07
45°
8
аппарат
1 39,9
38,40
38,22
22°30'
16
2. Воспроизводящий
( 20,6
19,10
18,92
45°
8
аппарат
1 39,7
38,20
38,02
22°30'
16
Для наиболее употребительных 16- и 32-зубцовых барабанов
числа п могут быть определены из номограммы табл. 50.
В зависимости от своей конструкции зубчатые барабаны делятся*
на цельные и сборные.
Стремление использовать нормальную аппаратуру для широкой
киноленты вызвало появление универсальных зубчатых барабанов,,
годных на два формата киноленты.
361
Таблица 49
Зубчатые барабаны для узкой киноленты с двусторонней
перфорацией
(данные DIN)
Диаметры
Число
зубьев
Назначение
& + 0,1
Г— 0,05
Р
а
1. Съемочный аппа¬
рат
1 20,8
1 39,9
19,25
38,40
19,07
38,22
45°
22°30'
8
16
2. Проектор
1 20,6
139,7
19,10
38,20
18,92
38,02
45°
22°30'
8
16
Гладкий барабан. Задача получения равномерного движения
пленки, необходимого при записи звука и в аппаратуре с опти¬
ческим выравниванием, вызвала широкое применение гладких бара¬
банов. Удержание киноленты на таком барабане осуществляется
*силой трения, вследствие чего угол охвата барабана кинолентой
берется равным 180° и больше. При равномерном вращении бара¬
бана кинолента также движется равномерно.
.362
Таблица 50
Номограмма для определения наибольшего числа зацепления зубьев
зубчатого барабана с кинолентой
Направляющие ролики. Для направления киноленты по бара¬
бану применяются направляющие ролики. Последние имеют с каждой
стороны буртики, которыми они касаются киноленты при направле¬
нии. Ролики укрепляются обычно в особых вилках или рычагах
(каретках).
При сборке кареток очень важно, чтобы ось ролика была парал¬
лельна оси барабана и чтобы расстояние ролика от барабана
равнялось двойной толщине киноленты.
Шестерни. Общие данные о зубчатых колесах см. гл. XL.
В нормальных^ киноаппаратах вращение на ось обтюратора
передается парой зубчатых колес с передаточным числом 1:1. Для
передачи вращения на транспортирующий механизм применяют
зубчатые колеса с передаточным числом 1:8 (или кратным ему).
Для достижения плавности движения зубчатые колеса берутся
с косым зубом и малого модуля (0,75—1).
Требование бесшумности движения механизма заставило одно
из пары зубчатых колес (большее) делать из пластической массы
(текстолит). С той же целью иногда применяются зубчатые колеса
с более мелким зубом.
363
Таблица 51
Современные киносъемочные объективы
364
Название
объектива
и его свето¬
сила
Название
фирмы
Схема
Фокусное
расстояние
мм
Тессар
Цейсе
Биотар
Цейсс
Гелиар
Фойхт-
лендер
Кино-гелио¬
стигмат
Фойхт-
лендер
Продолжение
365
Паритар
1:1
Яккен-
кролль
Тахон
1 :0,95
Астро
Кино-
плазмат
Мейер
Ксенон
Шнейдер
Пантахар
Название
объектива
и его свето
сила
Название
фирмы
Фокусное
расстояние
мм
Размеры
изобра¬
жения
см X см
Продолжение
о,
о
Название
объектива
и его светог
сила
Название
фирмы
Схема
о
о я
о ж
§?ö
113
Размеры
изобра¬
жения
сл* X
10
Калейнар
1 :1,5
Рюо
См. гл. X
11
Теле-Ксенар
1:3,8
12
Кино-теле-
анастигмат
1:4,5
Шнейдер
Фойхт-
лендер
100
145
200
234
0,7 X 1.0
Кино-теле-
тессар
1:4
Цейсс
75)
100 |
150
0,7 X 1.0
1,8 X 2.4
366
Объективы. Съемочные объективы для малой экспозиции кадра?
при съемке делают особенно светосильными. Обычно применяется
светосила 1:3,5—1:2,5. В послёднее время стали применяться для
киносъемки объективы светосилы 1:1,5; 1 :1,4; 1:1 и 1: 0,95.-
В табл. 51 приведены киносъемочные объективы, применяемые*
в настоящее время в практической работе.
В кинопроекции светосила объектива не имеет столь большого
значений, как в съемочной практике; здесь играет роль коррекция,
объектива. Обычно применяют два типа проекционных объективов:
анастигматы и несимметричный объектив Петцваля.
Из проекционных объективов в СССР применяются в стацио¬
нарных аппаратах объективы ТОМП и в передвижных — Триан?
и К-201 (см. табл. 52).
В табл. 53 приведены данные заграничных кинопроекционных
объективов.
Таблица 52
Кинопроекционные объективы ТОМП и Триан
N° по
пор.
Фокусное
расстояние
мм
Расстояние,
на которое
надо поста¬
вить объек¬
тив от цен¬
тра рамки
мм
Диаметр
линзы
мм
Диаметр
оправы
мм
Светосила
О б ъ е к т и
вы ТОМП
1
80
44,3
32,0
52
1 :2,5
2
90
49,8
35,0
52
1:2,6
3
100
57,5
35,0
52
1:2,9
4
110
68,9
45,0
52
1:2,4
5
120
75,2
45,0
52
1:2,7
6
130
82,0
45,0
52
1:3,0
7
140
88,3
45,0
52
1:3,1
8
150
94,3
45,0
52
1:3,3
9
160
100,6
45,0
52
1:3,5
О б ъ е к т и
вы Триан
1
80
76,2
29,0
42
1:2,7
2
90
85,7
32,0
42
1 :2,8
3
100
95,3
33,5
42
1 :2,9
4
110
104,8
38,0
42
1:2,9
5
120
114,3
40,0
42
1 :3,0
1 Кинопроекционный объектив К-20— объективтипа Петцваля, состоя¬
щий из двух попарно склеенных элементов. Светосила объектива — 1: 2,;
диаметр оправы — 52,5 мм; фокусное расстояние — 90 мм.
367
Таблица 53
Заграничные кинопроекционные объективы
№ по
пор.
Название объек¬
тива и фирмы
Диаметр
оправы
мм
Фокусное расстояние
мм
1
О б ъ е
Проектос
(Фойхтлендер)
к т и в ы
62.5
52.5
42.5
типа Петцваль
100—105—110—115—120—130—
140—150—165—180—200
75—85—90—95—100—105—110—
115—120-125—130—135—140—150
165—170—180—200
50-55-60—65—70—75—80-85-
90—95—100—105— 110— 120—125—
130—135—140—145—150—165—
180—200
2
Кинон I супериор
(Мейер)
62,5
;100—105 -110—115-120—125—130—
135—140—145—150—155—-160—-
165-170—175-180
3
Кинон II (Мейер)
52.5
70—75—80—85—90—95—100—105—
110—115—120—125—130—135—
140—145—150—155—160—165—
170—180
4
Кинон III (Мейер)
4,25
35—40—45—50—55-60—65—70—
75—80—85—90—95— 100—105—
110—115^—120—125—130—135—
140—145—150—155—160—165—
170—175— 180—185—190—195—200
5
Неокино
(Буш)
42.5
52.5
62.5
62,5/82,5
82.5
82,5/93
82,5/104
40-50-55-60-65—70-75-80—
90-100—110—120
75-80-85—90—95—100—105—
110—115—120—125—130—135—
140—150—
100—110— 115—120—125—130—
135—140—150—170—185
105—110— 115—120—125—130—
135—140
120—130-140
150
160-170—185-200
368
Продолжение
№ по
пор.
Название объек¬
тива и фирмы
Диаметр
оправы
мм
Фокусное расстояние
мм
О бъекти вы-ана сти гматы Тайлора
6
Глаукар (Буш)
42,5
30—40—45—50—55—60—65—70—
75—80—85—90—95—105—115— 120
7
Триоплан (Мейер)
52.5
62.5
15
25
42.5
52.5
62.5
125—130—140
150-165-180—210
15-20-25
30
35—40—45—50—55—60—65—70—
75—80—85—90—100
110—120—135—150 —
180
8
Кассар (Штейн-
гейль)
—
25-35—50—75—105 —
120-135-150
Источйики движущей энергии. В качестве источников дви¬
жущей энергии в киноаппаратуре могут применяться:
1) мускульная £ила человека,
2) пневматический двигатель,
3) электромотор,
4) механический двигатель.
1. Мускульная сила человека наиболее часто применяется для
привода киносъемочных аппаратов и проекторов легкого типа.
2. Пневматический двигатель до сих пор не получил широ¬
кого применения.
3. Электромоторы нашли широкое применение в кинопроек¬
ционной и копировальной аппаратуре; сравнительно недавно они
стали применяться в киносъемочных и звукозаписывающих аппа¬
ратах. Приводными моторами киноаппаратуры являются моторы
с последовательным возбуждениему или сериесные: достоинство их
в том, что они обладают высоким пусковым моментом, т. е. при
нагрузке быстро дают те числа оборотов, какие требуются в кино¬
аппарате. В звуковой аппаратуре применяются синхронные и асин¬
хронные моторы.
24 вак. 3730. €правочн. кн. оптико-механика. 369
4. Механический двигатель—в виде пружинных приводов—широ¬
ко применяется сейчдс в современной любительной аппаратуре. Обыч¬
но один завод пружины хватает на б—8 м пленки. Расчет пружины
см. гл. XLII.
Для сохранения постоянства скорости движения пленки с пру¬
жинным механизмом аппарата соединяется регулятор скорости,
обычно центробежного типа.
Центрирование или установка кадра в кадровом окне может
производиться:
1) перемещением направляющего ролика, помещенного между
окном и механизмом мальтийского креста;
2) перемещением по высоте кадрового окна и объектива;
3) перемещением по высоте всего транспортирующего лекту
механизма;
4) угловым смещением мальтийского креста относительно оси
«ращения;
5) угловым смещением эксцентриковой шайбы относительно
оси вращения.
В профессиональных кинопроекторах, снабженных мальтийским
крестом, применяются преимущественно последние два способа
центрирования кадра в кадровом окне.
§ 3. Киноаппаратура
Киносъемочный аппарат. Схема устройства большинства кино¬
съемочных аппаратов показана на рис. 301, где буквы имеют сле¬
дующие значения: а — корпус аппарата; о — объектив с оправой;
Ь — обтюратор; k%kx—кассета, принимающая и подающая пленку;
d—зубчатые барабаны с каретками и направляющими роликами;
h — транспортирующий механизм (обычно механизм грейфера);
g—тубус сквозной наводки; е — визир; г — рукоятка; /—ось для
нормальной съемки; fx — ось для мультипликационной съемки;
i — рамка; /— счетчик; т — шкив для намотки пленки в кас¬
сетах; п — шестерни (пх — главная шестерня, п% — паразитные
шестерни, л3 — шестерня верхнего барабана, п1 — шестерня ниж¬
него барабана, пь — шестерня оси для мультипликационной съемки);
е—шкала диафрагм.
В аппаратах типа Дебри кассеты располагаются по бокам дви¬
жущего механизма и имеют общую ось вращения, что способ¬
ствует компактности конструкции аппарата. В некоторых конструк¬
циях кассеты располагаются снаружи аппарата.
Корпус аппарата бывает деревянный или металлический9
ш последнем случае — литой (обычно сплав алюминия) или штам¬
пований из листового металла (большинство любительских аппа¬
ратов). На деревянные корпуса применяют сорта драгоценных
пород дерева — дуб, красное дерево, махагониевое, ореховое и т. д.
Кассеты делаются из тех же материалов, что и корпуса
аппаратов. Главное требование, предъявляемое к кассетам, — их:
370
светонепроницаемость — лучше всего может быть выполнено штам-
иоваными или литыми кассетами, в силу чего большинство совре¬
менных аппаратов снабжено такими кассетами. Весьма важно,
чтобы кассета была снабжена щелью, открывающейся автомати¬
чески при укреплении кассеты на аппарат.
Обтюратор обычно снабжается шкалой, располагаемой сзади
аппарата. Шкала в градусах более удобна, чем шкала, введенная
фирмой Дебри.
Рис. 301.
Транспортирующим механизмом большинства киносъемочных
аппаратов является грейфер. Для обеспечения стояния кадра
ж момент экспозиции пленка фиксируется или контргрейфером или
пульсирующей рамкой; нередко применяется и то и другое.
Наводка на резкость осуществляется при помощи простой
лупы или специальной оборачивающей системы; наводка по шкале
допустима лишь в аппаратах легкого типа (хроникальных).
Применяемый для установки вйзир должен занимать на аппа¬
рате такое место, чтобы влияние ошибки на параллакс было
незначительно.
Объективы укрепляются или отдельно в оправе или на револь¬
верном диске. Стандартная универсальная оправа Дебри получила
всеобщее признание.
24* 371
В качестве контрольно-измерительных приборов съемочный
аппарат имеет: счетчик для метража пленки, счетчик числа кадров
и указатель направления, вращения.
Киносъемочные аппараты, применяемые при съемке звуковых
кинокартин, должны иметь бесшумный и равномерный ход и обла¬
дать приспособлениями, автоматически выключающими аппарат
при неправильной его работе (заедание пленки, израсходование
пленки в звукозаписывающем аппарате и т. д.). Для достижения
бесшумности хода производящие шум детали аппарата или снаб¬
жаются звукоизолирующими материалами (накладки на острия
грейфера) или делаются сплошь из последних (например фибровые
шестерни). Нередко весь механизм помещают в масло и заклю¬
чают в отдельной коробке. Корпус аппарата покрывается изнутри
звукоизолирующими материалами (губчатой резиной, войлоком,,
опилками и т. д.) и снабжается двойными стенками. Применяемый
для сообщения равномерности хода мотор или соединяется с валом
камеры гибким валом или насаживается помощью особой муфты
на вал аппарата. Нормальная скорость вращения аппарата при
звуковой съемке картины принята равной 24 кадрам/сек. (между¬
народный стандарт).
Штативы служат для укрепления киносъемочного аппарата
в .целях обеспечения ему устойчивости. Штатив состоит из тре¬
ножника и головки. Треножник штатива—-обычно деревянный
с металлическими скрепами (накладками) и остриями на концах ног.
Из всех ч механизмов, применяющихся для быстрого выдвижения
ножек, наиболее практичным оказался так называемый трубчатый
зажим. Из большого числа конструкций головок в профессио¬
нальной кинопрактике нашли применение головки типа Дебри
и Аскания, представляющие литые (алюминий) корпуса штатива
с заключенными в них механизмами (зубчатый сектор и червяк)
для вертикального и горизонтального движений головки, приво¬
димыми в действие двумя отдельными рукоятками. В головке,
нашедшей большое применение в последние годы, качательные
движения по вертикали и горизонтали осуществляются рыча¬
гами.
Копировальные машины. Все копировальные или печатные
машины можно подразделить по характеру их работы на: 1) рабо¬
тающие прерывисто и 2) работающие непрерывно. Преимуществом
последних машин является их высокая производительность, дости¬
гаемая благодаря использованию времени полностью для печата¬
ния. Машины с прерывистым продвижением лент снабжаются
грейфером. Сила света, используемая для печатания, регулируется
или изменением ширины щели, или изменением расстояния источ¬
ника света от ленты, или наконец установкой перед источником
света светофильтров.
По способу регулировки света машины делятся на: 1) авто¬
матические, 2) полуавтоматические и 3) с регулировкой от-руки;
В машинах с регулировкой от-руки регулировка света дости¬
372
гается на-глаз передвижением рукоятки копировщиком на осно¬
вании изменений плотности негатива.
В * автоматических машинах регулировка ведется на основании
предварительных проб, сделанных в лаборатории и являющихся
данными для паспорта негатива картины. Паспорт делается на про¬
бивной машине из картона или бумажной ленты. Передвижение
паспорта в машине производится роликовым электрическим кон¬
тактом, приводимым в действие вырубками сбоку пленки в начале
Рис. 303.
каждого куска негатива. Достоинство • автомата — идентичность
всех копий, упрощение ухода за машиной и экономия рабочей-силы.
В полуавтоматических машинах свет регулируется от-руки
согласно указаниям таблицы, составленной для негатива на осно¬
вании проб. Сигналом к перемене света служит автоматическая
остановка аппарата, получающаяся при включении контакта имею¬
щимся в негативе вырезом.
373
Рис. 302.
Аппараты для замедленной съемки или цейтраферы. Состоят
из обычного киносъемочного аппарата с особым приспособлением,
позволяющим делать частоту кадров меньше нормальной. Наиболее
употребительные изменения частоты кадров приведены в табл. 54.
Приспособления для изменения частоты кадров чрезвычайно
разнообразны. В приспособлении, показанном на рис. 302, изме¬
нение частоты кадров достигается изменением числа оборотов оси
камеры при помощи зубчатых колес.
Таблица 54
Наиболее употребительные изменения частоты кадров при кино¬
съемке
Число кадров
1000
500
200
100
50
25
16
10
5
В 1 сек.
В 1 мин.
В 1 час
Интервал
Кратное
ускорение
62.5
31,25
12.5
6,25
3,125*
1.5
1,6
3,2
Беспрерывно
работающая
аппаратура
Периодически
включающаяся
аппаратура
Ускорение
времени
Нормально
Замедление
времени
Кратное
замедление
Другое приспособление, основанное на применении спиральной
пружины с собачкой, приведено на рис. 303.
Аппараты для ускоренной съемки. Главное применение нахо¬
дят в науке и технике. В табл. 55 приведена классификация
таких аппаратов с указанием главных их свойств.
1. Нормальные аппараты для ускоренной съемки по принципу
устройства ничем не отличаются от обыкновенных съемочных ап¬
паратов; они всегда снабжаются быстроходным грейфером, контр¬
грейфером и пульсирующей рамкой.
2. Аппараты с оптической компенсацией, или цейтлупы,
имеют разнообразную конструкцию в зависимости от компенса-
374
тора. Новая цейтлупа фирмы Цейсс-Икон, использующая в каче¬
стве компенсатора вращающийся зеркальный барабан, имеет устрой¬
ство, показанное на рис. 304 и 305, где: 5—зеркальный барабан;
С—кассета на 60 м; Rv R2— щели кассеты; В— подводящий
Рис. 304. Рис. 305.
канал; Т—транспортирующий барабан; N—принимающий бара¬
бан; О — объектив; G — корпус; W—приводной вал; М—мотор;
Я—стенка, отделяющая механизм от подводящего канала; —
подшипники; Е—зубчатый венец; ( U— магнитная муфта; V—
щетки.
3. Аппарат со щелью системы Тун приведен на рис. 305
и 307. Цифры имеют следующие значения: 1— аппарат; 11— кор¬
пус; 111 — передняя крышка; 112 — крышка со стороны кассет;
114 — крышка со стороны при¬
вода; 115 — обтюраторная кры¬
шка; 116 — коробка передачи;
121 — главный приводной вал;
1222 — подающий барабан; ГПщ
123 — вал принимающего ба¬
рабана 1232\ 124 — вал тран¬
спортирующего барабана 1242;
J273—шкив принимающей кас¬
сеты; 131 — корпус подводя¬
щего канала; 132 — съемная
часть того же корпуса; 134,
135,136 — каретки; 137 — кад¬
ровое окно; 2 — объектив;
21а — держатель для одного
объектива; 21 Ь — то же для
трех объективов; 3—кассеты;
34 — сердечник кассет; 4 — барабан для съемки на петлю
пленки длиной 1,41 м\ 5 — диск с прорезями; 6 — диск с линзами
для оптической компенсации.
т
Рис. 306.
Та б я и
Классификация аппаратов
№
по
пор.
Тип аппарата*
Продвижение
пленки
Размеры
кадра
мм
Киноаппарат для ускоренной
съемки
Аппарат с оптической ком¬
пенсацией ........
Аппарат со щелью
Искровой аппарат
Толчкообразное
(грейфер или
ударник)
Беспрерывное
4. Аппаратура для искровой киносъемки, данная Кранцем,
схематически показана на рис. 308, где: а — генератор переменного
тока 2500 пер./сек.; b — трансформатор; с — переменный конденса¬
тор; d — искровой промежуток; е — уплотнитель воздуха; /—вог¬
нутое зеркало; g—снимаемый предмет; h — затвор, / — объектив;
k, /—стальные барабаны; т — кинопленка; п — кадровое окно.
Аппаратура для микрокиносъемки. Эта аппаратура должна
удовлетворять следующим требованиям: 1) штатив ее должен быть на¬
столько прочным,чтобы произ¬
водимые аппаратом сотрясения
не могли сказаться на снимке;
2) микроустановка должна уста¬
навливаться на отдельном столе
от аппарата; 3) вся установка
должна допускать производ¬
ство наблюдения снимаемых
объектов.
Аппаратом для съемки может
служить обыкновенный съемоч¬
ный аппарат. На рис. 309 пока¬
зан переносный штатив, пред¬
назначенный специально для
киноаппаратов, производящих
микрокиносъемку, и обеспечи¬
вающий аппарату стабильность.
На рис. 310 показан разрез через насадку к микроскопу, при¬
меняемую при микрокиносъемке аппаратом Кинамо.
Звукозаписывающий аппарат. Принцип записи звука оптико¬
механическим методом и методом оптическим, получившими на-
376
Рис. 307.
ц а 55
для ускоренной съемки
Максимальное
Число кадров
в 1 сек.
Отношение времени
экспозиции ко времени
смены кадров
Примечание
100—250
600
500
1000
2000
4000
10 000
100000
0,4—0,03
1—0,05
0,02—0,002
0,04—0,004
0,08—0,008
0,16—0,016
Экспозиция постоянна
1 • 10“7 сек*
Двойной грейфер дает до
500 ка др./се к.
Выполняет до 50 000 кадр./сек.
Только теневые снимки
практическое применение, заключается в следую-
более широкое
щем.
Звуковые колебания, подлежащие записи на кинопленку, пре¬
вращаются микрофоном (рис. 311) в микрофонные токи и по¬
сле усиления подводятся к модулятору, превращающему их в
колебания световые. В качестве модулятора в оптико-механиче¬
ском методе применяется осциллограф, в^оптическом— элемент
Керра. 1 *
Устройство осциллографа системы Шорина приведено на
рис. 312 и 313. Л —стойка; В — магниты из мягкого железа;
С — катушки провода
0,8 мм; К—винт рамки;
О — объективы; /—бинт
полюса магнита; L — ко¬
робка; N—йить осцил¬
лографа; а — рамка; b —
стержень из слоновой ко¬
сти; с — рычажок; d —
ось; i—винт; h — пружи¬
на; п — спиральная пру¬
жина; k — втулка; т —
зеркальце.
Схема оптики, приме¬
няемая при записи звука
осциллографом с маслом,
приведена, на рис. 314. А — лампа накаливания; В — конденсор;
С—механическая^ щель (длина — 5—6 мм, ширина —1,5—2 мм);
D и F—объективы-апохроматы; Е—нить осциллографа; О — ци¬
линдрическая линза радиуса 15 мм; И—пленка; J — диафрагма
Рис. 308.
377
Рис. 310.
Рис. 311.
Рис. 312.
Рис. 309.
со щелью шириной 0,3 мм. Расстояние от нити до объектива в
ту и другую сторону равно по 7,5 мм.
Если обозначим:
А = —г — плотность
ab
тока; В — напряжение
магнитного поля в гаусс/см2; I—Длина нити в см; h = ——на-
ab
пряжение на разрыв нити в г/см2; F—сила предварительного
натяжения нити; ab — площадь поперечного сечения нити; у — вес
материала нити; g—вес единицы длины в г,— то амплитуда /
отклонения нити осциллографа и число периодов резонанса нити п
определятся уравнениями: п
Рис. 313.
В основу оптического метода положен
эффект Керра, который заключается в том,
что некоторые жидкости (например ни¬
тробензол) при пропускании токов через
обкладки конденсатора, помещенного в
сосуде с жидкостью, производят враще¬
ние плоскости поляризации.
Схема устройства элемента Керра при¬
ведена на рис. 315. А — латунная коробка
с нитробензолом или нитротолуолом;
С—плоскопараллельные стекла; D, Е —
электроды; F — латунная золоченая рама;
О—крышка из слоновой кости; Н—нож.
На рис. 316 показана схема оптики, применяемая при записи
звука элементом Керра в аппаратах Шорина. А — лампа накали¬
вания; В— конденсор; С—лупа; D, F — николи; Е — элемент
Керра; G, Н—объективы; J—кинопленка.
Главное требование, предъявляемое к механизму звукозаписы¬
вающего аппарата, — равномерность движения пленки со ско¬
ростью 0,456 м\сек. Допустимее временные отклонения — 0,5%.
Кинопроектор. Общая схема нормального кинопроектора при¬
ведена на рис. 317, где 5—катушки; Т—противопожарные ба¬
рабаны; К—предохранительные каналы; V—подающий барабан;
F—дверца; X — транспортирующий барабан; Y — принимающий
барабан; О — объектив; b — обтюратор; А — направляющие ролики;
Н—рукоятка; О — стол; М — мотор; L — лампа. В качестве транс¬
портирующего механизма в большинстве современных проекторов
применяется мальтийский крест (инбгда вилка или палец).
Передана движения в современном проекторе показана на
рис. 318, где 1 — подающий фильм барабан; 2 — принимающий
*79
Рис. 315.
Рис. 316.
Рис. 314.
барабан; 3 — зубчатое колесо (передаточное число 1 : 1); 4 — вал
обтюратора; 5 — одноцапфовое колесо; 6 — цапфа; 7 — маль*?ий-
ский крест; 8 — транспортирующий
барабан.
, Допустимое качание кадра в проек¬
торе не должно превышать 0,075 мм.
Источниками света в кинопроекторе могут быть: 1) лампа
накаливания, 2) вольтова дуга. В стационарных кинопроекторах
источником света обычно служит вольтова'дуга, в передвижных —
лампа накаливания.
Яркости источников света см. в
гл. XIII.
Лампы накаливания применяются
или нормального напряжения (110—
130 V или 200 — 230 V) или низкого
напряжения (15 или 30 V). Нормаль¬
ный срок службы проекционной лам¬
пы накаливания — 100 час. Весьма
удобны трубчатые лампы.
Дуговые проекционные лампы
применяются постоянного и перемен¬
ного тока.
Взаимное расположение углей в лампе может быть по рис. 319:
а — вертикальное (на одной прямой — в лампах с конденсором);
b — под острым углом (тоже); d — горизонтальное (в зеркальных
лампах) и с — под тупым углом (в тех и других лампах).
381
Рис* 317.
Рис. 319.
Дуговые лампы постоянного тока дают максимальное осве¬
щение экрана при напряжении дуги в 45—60 V (в зависимости
от силы тока и расположения углей).
Необходимые диаметры углей для разной силы тока — см. т. IL
При определении диаметров d углей можно считать на 1 А силы
тока для положительного (фитильного) угля — 6—8 мм2 попереч¬
ного сечения и для отрицательного (однородного) — 3—4 ммК
Тогда:
где Q — поперечное сечение угля.
Дуговые лампы переменного тока имеют оба фитильные угля*
В качестве осветительной оптики могут применяться: 1) кон-
денсор; 2) зеркало; 3) зеркало с конденсором и 4) конденсор
с зеркалом.
Конденсоры. Угол охвата двойного конденсора, применяемого
в кинотехнике, равен 35°, тройного — 65®, конденсора-передвижки
ГОЗ — 60°. Чтобы один и тот же конденсор можно было исполь¬
зовать для кинопроекции и для проекции диапозитивов размера
8,5 X 8,5 см, целесообразно диаметр линз конденсора брать рав¬
ным 115 мм.
Из зеркал применяются: а) сферические, б) параболические и
в) эллиптические.
Размеры зеркал, применяемых в кинопрактике, приведены
» табл. 56.
Таблица 56
Размеры зеркал, наиболее употребительных в кино¬
практике
по
пор.
Тип зеркала
Диаметр
мм
Фокусное
расстояние
мм
1
Сферическое ♦
140
60
2
»
170
80
3
Параболическое ....
140
62,5
4
» ....
200
75
5
» ....
200
110
6
а ....
250
110
7
Эллиптическое
200
70
8
• .....
200
110
При горизонтальном расположении углей зеркало снабжается
в середине отверстием диаметром 25 мм.
В табл. 57 приведены расстояния зеркала до фильма при при¬
менении дуговой лампы.
382
При зеркале с конденсором последний должен находиться от
киноленты на расстоянии, указанном в табл. 58.
Конденсор с зеркалом широко применяется в школьных и
передвижных кинопроекторах.
Световой поток Ф0, излучаемый лампой, определяется эмпи¬
рически:
где т| равно:
Для проектора с лампой накаливания и обычным трой¬
ным конденсором 1,5
Для такого же проектора с призмокольдевым конденсо¬
ров Френеля 2,5
Для домашнего проектора с низковольтной лампой ... 2,5
Для проектора с дуговой лампой постоянного тока с трой¬
ным конденсором 3,5
Для такого же проектора с зеркальной дуговой лампой . 12
Для проектора с зеркально-конденсорной дуговой лампой. 15
Таблица 57
Расстояния (в см) зеркала до фильма при применении дуговой ламп»
а,
о
и
о
а
%
Тип зеркала
Постоянный ток А
Переменный
ток А
5
10
15
20
25
30
40
30
40
50
60
1
Сферическое 170/801 .
68
60
52
45
_
45
40
40
.
2
Параболическое 200/75
68
63
55
50
48
—
—
45
40
40
—
3
200/110
—
—
—
—
65
60
55
—
—
—
—
4
250/110
—
—
—
—
65
60
55
—
—
—
—
5
Эллиптическое 200/70 .
62
60
52
45
45
55
50
45
40
Значение Ф — светового потока, потребного на экран площадью
F = bhy — определяется уравнением:
где ß—освещенность экрана в люксах.
Если а — расстояние экрана до объектива (в ж), то Е = 20 -f- а
должно быть не меньше 25 лк. Принимая ширину изображения.
k = aj59 получим для Ф:
1 Первое число—диаметр зеркала, второе — его фокусное расстояние.
Ш
Таблица 58
Расстояния (в см) зеркала до фильма при применении дуговой
лампы
(зеркало с конденсором)
Си
О
Постоянный ток А
Тип зеркала
о
с
%
10
15
20
25
30
40
1
Параболическое зеркало 200/75 1. .
Конденсор 200/500
1«
48
48
—
—
—
2
Параболическое зеркало 200/110 . .
Конденсор 200/500
1-
—
45
45
43
40
3
Параболическое зеркало 250/110 . .
Конденсор 200/500
)-
—
—
45
43
40
Таблица 59
Величина изображения, световой поток и сила тока зеркальной
дуговой лампы
Изображение
Световой поток и сила тока зеркальной
дуговой лампы при освещенности в:
Ширина
Высота
Площадь
люксах=10 X ши¬
рина изображения
люксах=20 X ши¬
рина изображения
м
м
М2
лм
А
лм
А
2,0
1,50
3,00
60
120
2,5
1,88
4,70
117
—
235
—
3,0
2,25
6,75
202
—
405
—
3,5
2,62
9,17
320
—
640
—
4,0
3,00
12,00
480
—
960
5
4,5
3,38
15,20
685
—
1370
7,5
5,0
3,75
18,75
940
—
1880
10
5,5
4,13
22,70
1250
5
2 500
15
- 6,0
4,50
27,00
1620
7,5
3240
20
6,5
4,88
31,70
2 060
10
4120
25
7,0
5,25
36,75
2 575
15
5150
35
7,5
5,63
42,15
3160
20
6 325
45
8,0
6,00
48,00
3 840
25
—
—
8,5
6,37
54,15
4 600
30
—
—
9,0
6,75
60,75
5 460
40
—
—
10,0
7,50
75,00
7500
1 Первое число—диаметр зеркала, второе—его фокусное расстояние.
384
В табл. 59 приведены световые потоки и силы тока для раз¬
ных величин изображения в случае применения в качестве источ¬
ника света зеркальной дуговой лампы.
Передвижной кинопроектор. Особенностями передвижного
кинопроектора являются: 1) простота конструкции; 2) легкость
в обращении; 3) удобопереносимость; 4) безопасность в пожарном
отношении; 5) возможность работы с проектором без аппаратной
камеры; 6) возможность остановки проектора на любом кадре без
воспламенения фильма; 7) легкость замены частей; 8) выносливость;
9) бесшумность в работе; 10) возможность дачи аппарату зад¬
него хода; 11) невысокая стоимость.
Кинопередвижка ГОЗ, в настоящее время пользующаяся в СССР
большим распространением, имеет вид, показанный на рис. 320.
На рис. 320а показан ход ленты в звуковой кинопередвижке
К-25. Цифры обозначают: 1—подающая кассета; 2 — 32-зубчатый
барабан; 3— дверца; 4 — объектив; 5—ролик приспособления для
установки кадра в рамку; 6 — транспортирующий барабан; 7 — фрик-
25 3730. Справочи. кн. оптико-механжка. 385
Рис. 320.
ционный ролик; 8 — звуковой вращающийся канал; 9 — направляю¬
щие ролики; 10— мотор мощностью 40 W; И— кассета, прини¬
мающая ленту. Источник света — лампа накаливания 300 W пло¬
щадочного типа. Размеры пло-
/1 щадки — 10X10 мм.
Проектор Мехау схематиче¬
ски показан на рис. 321, где
1 —дуговая лампа; 2—рефлек¬
тор; 3—диафрагма; 4—линза,
обращающая расходящийся пу¬
чок света в параллельный; 5,
6—зеркала зеркального бара¬
бана; 7 — кадровое окно; 8 —
фильм; 9 — линза, превращаю¬
щая параллельный пучок света^
в сходящийся; 10—проекцион-^
ный объектив; 11 — зеркало;
12 — шарниры, на которых
качаются зеркала; 13 — держа¬
тели; 14 — ось вращения венца.
Принцип воспроизведения звука, записанного на киноленту
оптическим и оптико-механическим методом, представлен на рис. 322,
где 1 — источник света; 2 — конденсор; 3 — механическая щель;
4 объектив, дающий уменьшенное изображение щели на фоно¬
грамме фильма 5, движущейся равномерно; б—фотоэлемент; 7—уси¬
литель; 8 — громкого¬
воритель.
Звуковые пристав¬
ки или блоки предста¬
вляют собой прикреп¬
ляемые к немому ки¬
нопроектору аппараты
для чтения записанной
на фильме фонограм¬
мы. По способу при¬
вода они делятся на
приводные и протяж¬
ные. В звуковых при¬
ставках приводного ти¬
па равномерное движе¬
ние кийоленты дости¬
гается зубчатым бара¬
баном, вращаемым осо¬
бым приводом. Про¬
тяжные звуковые при¬
ставки работают, не имея самостоятельного привода: в них
кинолента протягивается через звуковое окно принимающем бара¬
баном.
386
Рис. 320а.
Рис. 321.
Оптическая часть любого звукового блока состоит (рис. 323)
из лампы накаливания А (12 V, 30 W), конденсора В, механиче¬
ской щели С, микрообъектива D и контрольного прибора Е.
Звуковоспроизводящий блок приводного типа (рис. 324) ха¬
рактеризуется следующими особенностями: 1) простотой сборки
Рис. 322.
приставки, осуществляемой соединением предварительно собран¬
ных узлов; 2) равномерностью протягивания фильма в звуковой
рамке; 3) наличием открытой рамки, устраняющей образование
нагара; 4) простотой заправки ленты.
Рис. 323.
В звуковоспроизводящей приставке ПГК-5 протяжного типа
барабан 1 (рис. 324а) сидит на оси свободно, не имеет жесткой
связи с проектором и служит лишь для направления фильма.
Продвижение фильма осуществляет нижний барабан 2 проектора.
В современной кинопрактике нашли широкое применение звуко¬
воспроизводящие приставки протяжного типа с вращающимся
каналом.
25* 387
Рис. 3246.
Рис. 324.
Рис. 324а.
Ход ленты в относящемся к таким приставкам звуковом блоке
КБ показан на рис. 3246, где цифрами обозначено: 1—транспор¬
тирующий барабан проектора; 2 — успокаивающие ролики; 3 —
фрикционный ролик; 4 — фотоячейка; 5 — вращающийся канал;
6—8 — направляющие ролики; 7—осветительная система; 9 — при¬
нимающий зубчатый барабан проектора.
Рис. 325.
ис. 327.
Рис. 328.
Аппаратура для цветного кино* Эта аппаратура делится на
1) работающую по аддитивному способу;
2) работающую по субтрактивному способу;
3) работающую по растровому способу.
В настоящее время получили широкое практическое развитие
следующие аппараты.
Аппарат для двухцветной киносъемки Буша, работающий по
аддитивному методу, показан на рис 325, где Sx — призма с полу¬
прозрачной преломляющей поверхностью; Ov 02 — объективы для
389
Рис. 326.
частных изображений; S2, S3, S*— призмы; /s — светофильтры;
bv b%— изображения на пленке; b3 — многоцветное изображение,
G&ekmuß\J-i
Рис. 329.
служащее для наводки; 03 — объектив; Ь± — окуляр. Изображения
располагаются рядом вдоль киноленты, движущейся горизонтально.
Принцип проекции цветного
фильма Буша показан на рис.
326.
Аппарат Хорста. Схема
прохождения лучей в аппарате
Хорста для съемки трехцвет¬
ной киноленты, также работаю¬
щего по аддитивному MetoÄy,
приведена на рис. 327. Недо¬
статок метода — тройной рас¬
ход киноленты и необходимость
специального кинопроектора
(кинолента протягивается сра¬
зу на 3 кадра).
Аппараты для мулътико-
лор-метода. В аппаратах, рабо¬
тающих по методу мультиколор
(субтрактивному двухцветному
методу), съемка производится
на две отдельные кинопленки,
складываемые слоями друг к другу и одновременно экспонируе¬
мые в кадровом окне. На рис. 328 :ЛС — эмульсия, чувствитель-
Рис. 329а.
ная к сине-зеленым лучам; В — слой, окрашенный в оранжевый
цвет.
Принцип получения позитива легко виден на рис. 329.
В растровом методе Дориан-Бертрона обратная неэмульсион¬
ная сторона пленки снабжается рифленой поверхностью, и съемка
производится через объектив, снабженный тремя светофильтрами.
Тот же объектив применяется при демонстрировании обращенной
киноленты.
Аппарат для трехцветного субтрактивного способа Техниколор
схематически показан на рис. 329а. Идущий из объектива свето¬
вой луч делится призмой-кубом с полузеркальной поверхностью
на две части: часть, попадающая на окно /, проходит через зеле¬
ный фильтр; другая часть проходит через окно //, пропускающее
красные и синие лучи, и экспонирует пленку би-пак.
Л. Г. Титов
Глава XII
ПРИБОРЫ ДЛЯ ПРОЕКЦИИ
§ 1. Общая характеристика
Для проекции на экран картин и предметов существует мно¬
жество типов приборов. По роду объекта эти приборы могут
быть разделены на
1) приборы для макропроекции,
2) приборы для микропроекции,
причем оба вида могут быть соединены в одном приборе.
Йроме того в зависимости от оптических свойств объекта и
метода проекции следует различать:
а) диапроекцию,
б) эпипроекцию.
Совмещение обеих в одном приборе дает эпидиапроекцию.
В качестве разновидности следует упомянуть еще стереопроек¬
цию.
Мощность проекционных аппаратов обычно измеряется вели¬
чиной картины на экране при достаточной ее освещенности, т. е.
возможным увеличением объекта (рисунка) при данных условиях.
Эти условия более или менее одинаковы при обыкновенной про¬
екции, микрофотографии, увеличительных аппаратах и микропро¬
екции. Во всех этих случаях понятие „увеличение картины“ не
следует смешивать с „увеличением оптической системы“. Первое
правильнее называть „масштабом“. Это есть отношение линейных
размеров изображения и объекта, обычно обозначаемое ß, тогда
как второе есть отношение угла, под которым видно изображение
через прибор, к углу, под которым виден объект на расстоянии
ясного зрения; оно обозначается Г •
где У — расстояние фокуса проекционной системы от экрана, а
z — расстояние его же от объекта. Однако можно и в этом слу¬
чае говорить об увеличени Г, если речь идет о рассматривании
392
экрана с какого-либо расстояния (6), и сравнивать его с расстоя¬
нием ясного зрения. Тогда увеличение можно выразить тоже
в виде отношения двух углов ой/о. Важно, чтобы наблюдатель со
своего места различал требуемые детали (это особенно важно
при микропроекции). Если их линейная величина в изображении у't
то они видны под углом:
При увеличении ß их линейная величина в объекте будет
С расстояния ясного зрения они были бы видимы под углом:
4 Ь иногда называют „дополнительным увеличением“ (Кёлер).
Возможности увеличения ß зависят главным Ьбразом от качества!
проекционного объектива. Они могут быть тем больше, чем боль¬
ше z и чем меньше b (см. выше). В силу последнего важно уста¬
новить пределы изменения Ь для разных наблюдателей, главным
образом наибольшее его значение, при котором еще видны мелкие
детали. Наименьшее значение Ь определится возможностью разли¬
чать детали, мешающие восприятию основной картины, например
структура экрана, растры фототипий, отчасти недостатки опти¬
ческой системы. Определить это удобнее всего эмпирически.
В случае микррпроекции можно прибегнуть к подсчету, исходя
из правила Аббе о „полезном увеличении“ (см. гл. XIV). Из по¬
следнего следует, что диапазон изменений b будет 1:2. В целях
одинаковости восприятия картины наблюдателями при больших
значениях Ьу Кёлер рекомендует пользоваться отдаленным наблю¬
дателям биноклями слабых увеличений, доводящих видимое увели¬
чение картины до „полезного“.
Освещенность картины на экране (Е) может быть получена из
следующих соотношений. В хорошем проекционном аппарате осве¬
щенность картины в середине и на краях различается весьма мало»
Освещенность в центре картины определяется конусом лучей, вер¬
шина которого лежит на экране на линии, взятой нормально
к проекционному аппарату, а основание — освещенный круг в фр-
393
Измеряя в метрах, получим:
Тогда:
или:
кальной плоскости объектива. Пусть его радиус — г, а расстояние
до экрана — а. Тогда по законам фотометрии:
где В — плотность светового потока, падающего от этого круга.
Е обычно выражают в люксах, В — в стильбах. Расстояние a = ß/,
где /—фокусное расстояние объектива; тогда:
Выражая все величины в сантиметрах, получим:
rjf выражает светосилу объектива. Беря ß = 4 b Г и обозначая
rjf= А, имеем:
На практике объективы не всегда работают с полной аперту¬
рой, что зависит от апертуры осветительной системы. Кроме того
поток от источника света ослаблен в силу отражений и прелом¬
лений в частях оптической системы проекционного аппарата. Осве¬
щенность картины особенно неблагоприятна при эпипроекции, так
как там пользуются диффузным светом. Увеличение силы источ¬
ника света неудобно со стороны эксплоатации, нагревания и вред¬
ного действия на проектируемые картины. Охлаждение при помощи
кювет улучшает условия, но лишь до некоторой степени и явля¬
ется громоздким. Возможно применение источников „холодного“
света, например светящихся газов, но вследствие абсорбции на¬
гревание картин не устраняется, кроме того их светосила ниже.
Главная потеря происходит вследствие свойств самого экрана.
По подсчетам Кёлера в зрачок наблюдателя вступает лишь около
*/20000 светового потока, падающего на экран (под большим углом
«еще меньше). Эти условия создают большой ущерб в случае эпи¬
проекции и микропроекции, так как освещенность экрана мала.
§ 2. Приборы для макропроекции
1. Диаскопы. Наиболее распространенный прибор широкого
применения — проекционный (волшебный) фонарь, который от
самой простейшей формы (детский, домашний) до наиболее совер¬
шенной имеет в основе одно и то же устройство.
Размер объекта (картина, диапозитив), исключая детские фо¬
нари, обычно составляет в1^ X 8*^ см- Размеры нормализованы.
394
Размеры, отличные от нормального (9X12, 13X18 см), приме¬
няются редко, лишь в специальных случаях.
Оптические части проекционного аппарата состоят из конден¬
сора и объектива, иногда добавляется зеркало (см. стр. 425).
Зерйало (в случае правильного применения) установлено так,
чтобы изображение источника света пЪчти совпадало с последним.
Зеркало, обычно сферическое, может иметь разный диаметр. В со¬
вершенных приборах оно имеет иногда асферическую форму, кри¬
вая которой получена, исходя из коррекции аберрации. Форма
кривой заркала может быть получена на основании расчета.
В кинопроекционных фонарях чаще применяется параболическое
зеркало, в фокусе которого установлен источник света. При про¬
екции диапозитивов весьма трудно в этом случае избежать тени
от ламподержателя или баллона (в случае лампы накаливания),
поэтому параболические зеркала малоупотребительны. Их приме¬
няют лишь при очень больших конденсорах, дающих сильно
сходящийся пучок лучей (эпидиаскоп Цейсса).
Зеркала делают как стеклянные, так и металлические (зеркаль¬
ный сплав, никелированные, нержавеющая сталь).
В последнее время в проекционных системах начали применять
мощные зеркальные лампы с диаметром зеркала 250 мм и выше.
В лампе фирмы Erko Maschinenbau дуга имеет магнитное дутье
для успокоения дуги.1
Отражающая способность металлических зеркал невысока,
за исключением серебряных (которые нестойки против атмосфер¬
ных влияний). Отражающая способность характеризуется следую¬
щей таблицей:
Длина волны
Синий
Зеле¬
ный
Жел¬
тый
Крас¬
ный
420
450
500
550
600
650
Серебро свежее
86,6
90,5
91,3
93,7
92,6
93,5
„ старое
73,0
81,1
83,9
85,0
86,3
88,6
29,3
33,1
47,0
74,0
84,4
88,9
51,4
54,7
58,4
61,1
64,8
66,5
Никель '
56,6
59,4
60,8
62,6
64,9
65,9
Медь (чистая продажная) . .
38,7
37,0
40,7
47,7
71,8
90,0
Сталь (не закаленная) . • .
51,9
54,4
54,8
54,9
55,4
55,9
Магналий
83,3
83,4
83,8
82,7
83,0
88,7
Сплав Шредер
62,3
62,6
62,5
63,4
64,2
65,1
„ Брандес и Шюнеман .
47,2
49,3
49,3
48,3
47,5
51,6
Росс
56,4
60,0
63,2
64,0
64,3
65,6
В 4933 г. для повышения светосилы предложена система,
состоящая из двух параболических зеркал, в общем фокусе кото-
1 Filmtechnik, 1933.
395
рых помещена точечная лампа. Параболы обращены вершинами
в разные стороны. В вырез ближайшего к источнику света зер¬
кала вставлен двухлинзовый конденсор, проектирующий источник
на нужное место. Луч, отраженный от зеркал несколько раз,
в конце-концов все-таки попа¬
дает в конденсор.
Рис. 330. Рис. 331.
Источниками света в большинстве приборов служат лампы
накаливания, наиболее совершенные — лампы с сосредоточенной
нитью, точечные, иногда Нернста (см. детали электрооборудова¬
ния гл. XIII и XLIV).
Рис. 332.
Дуговые лампы — постоянного и переменного тока разной
мощности — применяются в зависимости от масштаба проекции.
Источники не электрического типа в настоящее время уже
не применяются. Об источниках света и их частях см. гл. LXIV.
396
Важнейшая часть проекционного прибора — объектив — для
диапроекции обычно не делается сложным. Почти всегда при¬
меняют тип Петцваля, иногда апланат Штейнгейля (см. гл. X).
Диаметр отверстия объектива в большинстве случаев — 52—60 мм,
светосила — от 1 :1,5 до 1 : 3,5.
Наводка на резкость картины почти всегда осуществляется
кремальерой объектива или червячным движением (путем враще¬
ния объектива в его кольце).
Связь между увеличением (размером экрана) и фокусным рас¬
стоянием объектива указана в т. II (нормы).
Механические части. Рама для вставления и перестановки
диапозитива (иногда с заслонкой, применяемой при перемене кар¬
тины) может быть вставной (деревянной или металлической) или
связанной с передней стенкой фонаря.
Весьма существенна хорошая вентиляция фонаря, осуществляемая
трубой или отверстиями наверху и приточными отверстиями внизу.
В более совершенных фонарях делают двойные стенки. Удобно
иметь наружные стенки деревянными (деревянное окружение
внутреннего кожуха).
Для доступа к источнику света желательно иметь дверки
с обеих сторон.
На рис. 330 и 331 показаны современные типы проекционных
фонарей. В части между конденсором и объективом оставляется
иногда большое пространство (рис, 332) для проекции опытов;
обычно для этого устраивается специальный столик.
Проекционные аппараты для физических кабинетов и аудито¬
рий имеют ряд приспособлений и принадлежностей для проекции
разных физических явлений. Из многих типов можно отметить
проекционный фонарь Лейбольдта (рис. 332), представляющий
собой недорогую портативную установку для физических кабине¬
тов средней школы, приспособленную для демонстрации многих
физических явлений. Удобство этой установки заключается в том,
что ее можно легко приспособлять к разным условиям экспери¬
мента и для всех типичных случаев предусмотрены детали как
в оптической, так и в механической и электрической частях.
Ряд наборов деталей для сборки многих основных опытов из
разных областей физики облегчает экспериментирование и быстроту
сборки опыта. На рис. 333—335 показаны некоторые из применяе¬
мых для физических опытов приспособлений.
Рис. 333.
Фонарь Лейбольдта с принадлежностями не приспособлен
для тонких измерений и тонких опытов, поэтому применение его
ограничивается средней школой. Микропроекция может произво¬
диться помощью простого приставного проекционного микро¬
скопа.
Более стабильна, но в то же время и сложна проекционная
установка Эрнеке, решающая те же задачи, однако более дорогая
и менее портативная.
Для высших школ весьма удобна универсальная проекционная
установка Цейсса. Значительные размеры, стабильность и точ¬
ность выполнения всех частей позволяют собирать на ней тон¬
кие опыты для демонстрации их в проекции, так же как и вести
обычную проекцию диапозитивов разного размера и ответственную
398
Рис. 334.
микропроекцию помощью нормального микроскопа. Существенной
частью этой установки является призматическая скамья (Цейсса),
Рис. 335.
имеющая обширное применение в лабораторной практике и не¬
зависимо от проекционного прибора. Приспособленные к ней
Рис. ЗЗба.
рейтеры с регулировками движений позволяют достаточно легка
сделать почти любую установку опыта.
На рис. 336 а показан постамент описываемой установки,
представляющий собой универсальный вращаемый стол с оптиче¬
399
скими скамьями, на которых устанавливаются специальные рей¬
теры. Применение этих скамей можно видеть на рис. 336 б, изобра¬
жающем большой проекционный аппарат для прозрачных картин
до размера 13Х18сл*. Источник света в кожухе — дуговая лампа
постоянного тока на 20—30 А; она также установлена на рейтере.
Рис. ЗЗбв
Масштаб проекции весьма велик (до 4—5 м), при этом могут
проектироваться и картины цветной фотографии (Люмьера, Агфа
и др.). Конденсоры (диаметром до 23 см)— трехлинзовые, разделен-
мые на две части. Двухлинзовая часть установлена у дуговой лампы,
далее идет водяная охладительная камера, затем вторая часть
400
Рис. 336 6
конденсора. Для быстрой перемены картин служит специальная
рамка по Бергеру. Объектив — Epiotar 1:4,5, /=30 см. Все
части расположены на рейтерах.
При больших масштабах и удаленности экрана лектору трудно
указывать интересующие детали картин. Для этой цели предна¬
значается специальная оптическая указка (рис. 336 в) — оптиче¬
ская система в трубке, проектирующая светлую стрелку на эк¬
ран.
Имеется ряд других приборов для тех же целей, лишенных
однако принципиальных отличий. Подобные же аппараты приме¬
няются для проекции стереоскопических картин.
Специальные проекционные микроскопы и микропроекционные
установки описываются в гл. XIV.
2. Эпископы. Приборы, предназначенные специально для про¬
екции непрозрачных картин и предметов, — эпископы — имеют
большое распространение и в зависи¬
мости от своей оптической мощности
обладают более или менее сложным
устройством.
Так как в этих приборах проекция
ведется помощью диффузного света,
отражаемого объектом, то освещен¬
ность картины на экране весьма неве¬
лика, в связи с чем приходится приме¬
нять сильные источники света и объ¬
ектив наибольшей возможной свето¬
силы. Существенным осложнением явля¬
ется наблюдаемое при этом нагревание
объекта, могущее портить и деформи¬
ровать его. Кроме того желательно иметь
возможность проектировать объекты значительных размеров, напри¬
мер атлас рисунков или чертежей, что требует большой мощности
источников света и увеличения размеров прибора.
В связи с этим проблема эпипроекции весьма сложна и может
быть разрешена только в известных границах. Определяющими
факторами являются требуемые размеры картины на экране и
проектируемого объекта, что и обусловливает конструкцию и раз¬
меры эпископа.
Далеко не все существующие эпископы удовлетворяют всем
требованиям. Из недавнего выпуска заслуживают быть отмеченными
следующие.
Эпископ Шмидт и Генш (глобоскоп), выпускаемый в ряде
вариантов и другими фирмами, имеет рациональное устройство
в том отношении, что путем многократных отражений света от
стенок кожуха (обычно полированных или никелированных, или
покрытых белой краской) используется много света, испускае¬
мого источниками света (рис. 337). Прибор очень компактен
и удобно переносим. Источником света служат лампы накаливания,
26 вак. 3730. Справочн. кн. оптнко-механпка. 401
Рис. 337.
что также весьма удобно и практично. Обычно имеются
3—4 лампы по 50—100 W каждая. Предмет (на бумаге) имеет
достаточно большие размеры (до 18 X 24 см). Объектив 1 :3.
Размер экрана, при достаточной освещенности его, — 1х/2Х Ь«.
Рис. 338.
В целях увеличения размеров экрана рядом фирм выпущены
приборы большей мощности с сильными лампами накаливания
и вольтовой дугой.
Наиболее оригинальны приборы типа эпидиаскопов Лейт^а,
Рейхерта и Цейсса.
В эпидиаскопах Цейсса (рис. 338) источником света служит
лампа накаливания в 1000 W с задним сферическим зеркалом и
рядом плоских зеркал; путем переключения зеркал прибор из
эпископа превращается в диаскоп. Размер эпипозитива — 18 X 24 см,
Рис. 339.
размер диапозитива — 8X8 см. Для каждого из них имеется’свой
объектив (светосила 1:3) с соответственным фокусным расстоя¬
нием. Для быстрой смены картины предназначены: подъемная
рамка для эпи- и передвигаемая рамка для диапроекции. Кожух
аппарата имеет хорошее охлаждение.
Еще более мощная и универсальная установка Цейсса изобра¬
жена на рис. 339. Источником света служит для эпископической
Рис. 341.
проекции вольтова дуга, а для диаскопической проекции лампы
накаливания. Система переключаемых зеркал дает легкий переход
от эпи- к диапроекции. Для разных расстояний эпископа от экрана
26 403
Рис. 340.
имеется набор объективов разных фокусных расстояний. К аппа¬
рату приспособлена призматическая скамья с рейтерами для физи¬
ческой проекции. Имеется также проекционный микроскоп.
С помощью этого эпидиаскопа можно получить размер картины
на экране достаточной яркости в 2X^/2 м.
Эпидиаскоп Рейхерта (рис. 340) весьма оригинален и удобен
в обращении. Простым переключением рычагов можно переходить
от диа- к эпипроекции. Для охлаждения кожуха и картины при¬
способлен вентилятор, действующий от сети. Вкладывание и вы¬
нимание картины производится при помощи рычажного механизма.
Источником света в одних моделях служит лампа накаливания
в 1000 W, в других — вольтова дуга. Аппараты строятся для рас-
Рис. 342.
стояний 4—8 м и 8—10 м. Размер картины на экране — до 2,5 м.
Размер проектируемых картин для эпипроекции — 18X24 см,
для диапроекции — 8X8 см. Имеются два объектива (для эпи-
и для диапроекции) светосилой 1:3,5.
Наиболее мощным и совершенным эпидиаскопом является боль¬
шой эпидиаскоп Цейсса для больших аудиторий (рис. 341). Ис¬
точником света служит вольтова дуга постоянного тока на 100 А
с параболическим зеркалом диаметром в 300 мм, дающим парал¬
лельный пучок лучей, направляемый при эпископической проекции
на плоское зеркало, а при диаскопической—в конденсор (диамет¬
ром в 350 мм). Размер объекта — 24 X 30 см. Для охлаждения
светового пучка имеется кювета с проточной водой (от водопро¬
вода). Объективы — светосильные анастигматы Тессар 1 : 3,5. Путем
приставления обычного микроскопа (рис. 341) можно дать на
экране микропроекцию с высокой разрешающей силой (иммерсия).
Переход от одного вида установки к другому (эпи-, диа-, микро¬
проекция) осуществляется быстро. Манипуляции с эпиобъектами
производятся легко через боковые дверцы, закрываемые чер¬
ной занавеской. К эпископу прилагается комплект объективов
разных фокусных расстояний. Разхмер эпипроекции — до 3X2,5 м.
Подобного же размера и
мощности установки выпу¬
скаются и другими фирмами,
например Лейтц (рис. 342).
Особый род установок
для получения изображения
реальных (пространствен¬
ных) объектов в воздухе,
сравнительно редко приме¬
няемых, основан на исполь¬
зовании сферического зер¬
кала (простая схема).
Рис. 343.
Рис. 344.
§ 3. Специальные проекционные приборы
Особое место занимают проекционные аппараты для театраль¬
ных целей. В большинстве случаев они комбинируют возможности
проекции и простого освещения (рис. 343). Устройство их весьма
просто.
В последнее время начали применять широкоугольную проек¬
цию на сценах (рис. 344) с покрытием одновременно нескольких
экранов, находящихся в разных плоскостях, с целью получить
большую картину с небольшого расстояния. Кроме того в этих
условиях необходима большая освещенность, поэтому применяют
мощные источники света (вольтову дугу). Таков например теат¬
ральный проекционный аппарат Швабе, работающий со специаль¬
405
ным широкоугольным светосильным объективом Буша (свето¬
сила 1 :2, угол поля 82°). Для охлаждения картины имеется водяная
кювета.
Проекция на сценах имеет много особенностей, выработанных
в последние годы. Размер экрана доходит до 20 X 20 м. Проек¬
ционный аппарат должен находиться на колосниках сцены и про¬
ектировать картины под очень косым углом. Для этого картины
406
Рис. 346.
Рис. 345.
делают заранее искаженными помощью специального прибора
(трансформатора).
Следует еще отметить недавно появившийся специальный про¬
екционный аппарат Белсацар для лекционных целей (Цейсс),
предназначенный для проекции на экране того, что пишется,
в момент самого писания. Аппарат состоит из фонаря с лампой
в 500 W, сферического зеркала, тройного конденсора, приспособ¬
ления, на котором лежит (горизонтальней прозрачный стол) цело¬
фоновая фильма, сматывающаяся с катушки и наматывающаяся
на другую. Над столом помещены объектив 1:4,5, F — 21 см
и зеркало под углом в 45°. Одна из линз конденсора для охлаж¬
дения пучка света наполнена водой. Лектор пишет, не поворачи¬
ваясь спиной к слушателям.
В проекционном театральном аппарате картины должны уста¬
навливаться точно под определенным углом. Так как проекция
407
Рис. 347.
ведется при освещенной сцене, то требуются большая светосила
оптики и мощный источник света. Для охлаждения картины имеется
специальная ванна. Наиболее полно выполнены эти требования
в аппарате конструкции Л. Г. Титова (рис. 345), который при
полной своей стабильности дает возможность точно сделать любую
установку помощью микрометренных винтов. Аппарат имеет воль¬
тову дугу постоянного тока на 100 А с интенсивными углями
и особым приспособлением, позволяющим поддерживать автомати¬
чески спокойное горение дуги в течение многих часов. Отража¬
телем служит параболическое зеркало в 45 см. Имеются сложная
конденсорная система специальной конструкции и светосильный
объектив с углом в 90°.
Ввиду того что картина должна иметь художественную рас¬
краску, приходится прибегать к аддитивному сложению цветов.
Для этой цели разработана специальная аппаратура — „световая
палитра“ (рис. 346), позволяющая художнику автоматически
вести раскраску деталей, наблюдая результат на экране. Отделка
производится специальными пигментами, наносимыми на стеклян¬
ную картину.
Так как свет от освещения не должен попадать на экран, то
рассеянный свет должен заменяться сосредоточенным. Для этой
цели выработаны специальные осветители (конструкции Л. Г. Ти¬
това), располагаемые на колосниковой части сцены так, что тени
или не получаются вовсе, или располагаются по заданию (рис. 347).
Е. Ф. Юдин
Глава XIII
ОСВЕТИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ 1
Осветительные приборы по роду эксплоатации разделяются
на две группы:
1) приборы дальнего действия (прожекторы),
2) приборы ближнего действия.
Ко второй группе относятся главным образом приборы для
кино-, эпи- и диапроекции.
§ 1. Типы прожекторов
Прожектором называется прибор, в котором световой поток,
получаемый источником света, перераспределяется при помощи
оптики в сконцентрированный световой поток, идущий в заданном
направлении.
Прожекторы разделяются на три типа:
1) прожекторы дальнего действия — для освещения отдаленных
предметов;
2) прожекторы заливающего освещения — для близких пред¬
метов и поверхностей;
3) прожекторы сигнальные для световой сигнализации (авиа¬
маяки, маяки, сигнальные аппараты).
Здесь рассматриваются прожекторы первой и третьей групп.
Каждый прожектор состоит из трех частей: 1) оптической
части, 2) источника света, 3) кожуха.
§ 2. Типы оптики прожекторов
Различают три типа оптики прожекторов:
1) отражательная система, в которой перераспределение свето¬
вого потока происходит вследствие отражения от какой-либо
поверхности;
1 См. также гл. I и XII.
40}
2) диоптрическая система, в которой перераспределение све¬
тового потока происходит вследствие преломления у поверхностей
(линзы Френеля);
3) катадиоптрическая система, в которой перераспределение
светового потока производится параллельно обоими указанными
выше способами (маячные линзы с катадиоптрическими кольцами).
§ 3. Типы отражателей
Отражатели бывают: 1) стеклянные, 2) металлические.
1. Стеклянные отражатели. Стеклянный отражатель пред¬
ставляет тело вращения, образованное вращением около общей
оси двух коаксиальных кривых, образующих лицевую и тыльную
поверхности отражателя. Задняя поверхность отражателя посереб¬
рена (рис. 348, где О/7' — фокусное рас¬
стояние, равноtf\eQ — толщина отража¬
теля; Dф — фактический диаметр отража¬
теля; DH — номинальный диаметр отража¬
теля; со — плоский угол охвата; AB—
передняя поверхность; СЕ— задняя по¬
верхность).
По роду кривых, образующих обе
поверхности, отражатели разделяются на
группы.
а) Зеркала со сферическими поверх-
ностями. В них сферическая аберрация
и кома устранены только в центре. Эти
зеркала могут употребляться лишь при
малых отверстиях для неответственных
случаев. Их применяют в грубых приборах
с большим диаметром (например прожекторы для освещения при
киносъемках). При параболической форме отражающей поверхности,
если источник света — в фокусе параболоида вращения, получается
параллельный пучок света. Если поверхность имеет гиперболиче¬
скую форму, то пучок будет дивергентным, в случае эллиптиче¬
ской поверхности — конвергентным. В обоих случаях пучки строго
пересекаются в одной точке. Гиперболические применяют для
осветительных приборов, эллиптические — для прожекторов.
Если р — параметр меридианной кривой зеркала, и — угод луча
с осью, проведенного из фокуса, hf — высота, на которой он
проходит после отражения, то:
кома же получится из соотношения:
410
Рис. 348.
б) Линзы с отражающей поверхностью. В этих зеркалах, кроме
прочих ошибок, прибавляются еще ошибки от рефлексов, в ре¬
зультате чего рассеяние света увеличивается. Поэтому необходимо
все рефлексы соединить, что выполнимо только при несфериче¬
ских поверхностях.
в) Отражатели Манжена (рис. 349, где F — фокус отража¬
теля; OF—радиус передней поверхности; AB — передняя поверх¬
ность; CD — задняя поверхность; h — высота падения луча) имеют
обе поверхности сферы различного радиуса. В первых образцах
отражателей центр кривизны передней поверхности совпадал
с фокусом всего отражателя. Радиус кривизны R задней поверх¬
ности вычислялся из следующей формулы:
где г — радиус кривизны перед¬
ней поверхности, п — показатель
преломления.
В настоящее время не пользу¬
ются при расчетах формулой (1),
а радиусы кривизны R и г под¬
бирают таким образом, чтобы за
счет ухудшения центральной части
отражателя получить меньшие
аберрации на крайних его зонах.
Сравнительно со сферическими
концентрическими отражателями
отражатели Манжена имеют зна¬
чительно меньшую аберрацию.
В табл. 60 приведены продольные
аберрации обоих 1 этих типов от¬
ражателей при одинаковых фокус¬
ных расстояниях f — 100 мм.
Табли да 60
Продольные аберрации сферического отражателя с концентрическими
поверхностями и отражателя Манжена
Высота падения
луча h
Продол ьные
аберрации _
10
20
25
40
50
75
Сферический отражатель с
концентрическими поверх¬
ностями . . •
Отражатель Манжена ....
—0,13
+0,01
-0,5
+0,06
-0,79
+0,09
—2,05
+0,34
—3,26
+0,70
+3,66
1 Продольной аберрацией отражателя называется разность фокусных
расстояний для различных участков отражателя.
411
Рис. 349.
Недостатками отражателей Манжена являются: 1) неравномер¬
ность толщины отражателя в центре и на краю, что вызывает
лопание отражателя в дуговом прожекторе; 2) большой вес; 3) силь¬
ное поглощение света на крайних зонах; 4) хроматическая абер¬
рация на краях; 5) малое относительное отверстие (2 : 1).
В настоящее время отражатели Манжена применяются в малых
светосигнальных приборах (для связи) с лампами накаливания (аппа¬
раты Сперри, Соттера, Люкас).
В табл. 61 даны конструктивные элементы отражателя типа
Манжена по расчету ВООМПа.
Таблица 61
Конструктивные элементы отражателя типа Манжена (по данным
ВООМПа)1
№ отражателя
ri
мм
R
мм
*0
мм
п
/
мм
X
мм
1
53,8
79,4
5
1,52
44,8
0,5
86
2
64,4
84,9
4
1,52
45,9
2,6
86
гг — радиус передней непосеребренной поверхности; R — радиус зад¬
ней посеребренной поверхности;/—расстояние от источника света до
передней поверхности.
г) Стеклянные параболические отражатели. Параболическими
отражателями являются такие, у которых обе поверхности — пара¬
болоиды вращения или одна поверхность сферическая, вторая —
асферическая. В случае двух параболических поверхностей при
расчете задаются толщина отражателя в центре и фокусное рас¬
стояние / отражателя. Точку фокуса отражателя обычно совмещают
с фокусом передней поверхности. Для вычисления параметра задней
поверхности р2 ГОИ предлагает следующую формулу:
где рх и р2—параметры передней и задней поверхностей. Значе¬
ния п и е0 см. выше.
Относительное отверстие отражателей — порядка 2,1—2,5.
В табл. 62 приведены габаритные размеры отражателей наи¬
более употребительных видов.
1 Как видно из таблицы, условие Манжена, по которому расстояние
от источника света до передней поверхности должно быть равно радиусу
кривизны гъ т. е. г± = /*, для этих отражателей не удовлетворено.
412
Таблица 62
Данные наиболее употребительных видов стеклянных отражателей
№
по
пор.
Дн
*0
/
D/f
Примечания
1
2
3
100
130
150
105
134
154
4.0
4.0
4.0
47.4
58,0
67.4
2,1
2,2
2,3
f Светосигнальные приборы
j для связи
4
5
200
250
204
254
4.0
4.0
97,4
107,4
2,1
2,3
( Светосигнальные приборы
| для связи и кинопроекци-
1 онные осветители
6
7
450
600
493
638
8,0
8,0
192.0
242.0
2,3
2,5
f Сигнальные аппараты
1 Аэромаяки
8
9
750
900
800
946
11,0
11,0
299.0
364.0
2.5
2.5
| Полевые прожекторы
10
11
1500
2000
15%
2060
14.0
17.0
636.0
843.0
2.3
2.4
| Зенитные прожекторы
Примечания. 1. Под фокусным расстоянием здесь понимается
расстояние от точки фокуса отражателя до передней поверхности. 2. Номи¬
нальный диаметр Z>H меньше фактического диаметра D^na величину кру¬
говой кромки, необходимой для вставки отражателя в прожектор.
При наличии одной сферической поверхности, вторая — асфе¬
рическая (деформированная). Деформируют переднюю поверхность
так, чтобы устранить сферическую аберрацию. В этом случае отно¬
сительное отверстие может доходить до 2 : 1, но побочные рефлексы
остаются. ,
Наилучшее зеркало получится, когда одна поверхность пара¬
болическая, а вторая— параболоподобная (деформированная). Такое
зеркало носит наименование „R“. При данных, вычисленных
Р. Штраубелем, все рефлексы совпадают, но не одинаковы по вели¬
чине; сферическая аберрация устранена. В этом зеркале достигнуто
относительное отверстие 5:1. Зеркало является практически иде¬
альным, но изготовление его чрезвычайно трудно.
В отражателях, применяемых для освещения улиц, автомобиль¬
ных и т. п. рассеяние бывает даже желательным. В некоторых
случаях для этого применяют рифленые зеркала или линзы. Из¬
вестны френелевские линзы, состоящие из разного размера и формы
призм, расположенных зонами вокруг центральной линзы, или
линзы со ступенчатыми зонами. Такие системы применяются для
маяков. В тех случаях, когда приходится отражать свет далекого
небольшого источника света или весьма далеких, как солнце,
звезды, пользуются исключительно плоскими зеркалами. Эти системы
относятся к специальной группе приборов (гелиостаты, гелиографы
и пр).
413
Требования, предъявляемые к отражателям. 1. Применяемое
при изготовлении стекло должно иметь прозрачность не ниже
0,97 на 1 см. В кинопроекционных аппаратах Цейсс употребляет
специальное тугоплавкое стекло (типа пиродурит).
2. Стекло не должно иметь заметной на-глаз окраски при рас¬
сматривании его перпендикулярно отражающей поверхности.
3. В стекле допускаются пузыри диаметром не выше 0,5 мм
в количестве в среднем 2 на 1 см2, а диаметром до 1,5 мм — не
свыше 1 на 30 см*.
Примечание. Наличие пузырей в отражателе мало влияет на его
светотехнические свойства, а главным образом сказывается на его терми¬
ческой прочности.
4. Допускаются небольшие свили, заметные глазу.
5. Совершенно не допускаются вкрапления в форме камней
и не проваренных кусочков шихты.
6. Внутренние натяжения в стекле не должны превышать
10 kzJcm.
7. Коэфициент отражения готового отражателя должен быть не *
ниже 0,85.
8. Обе поверхности отражателя должны быть отполированы
без мата. Не допускаются царапины с резко выраженными краями
и выколки на фасках, имеющие длину более 2 мм. Меньшие
выколки должны быть заматованы.
Примечание. У отражателей и линз, применяемых в кинопроек¬
ционных аппаратах, внутренняя и внешняя фаски должны иметь закруг¬
ленную форму. (Внутренняя фаска имеется у отражателей с центральным
отверстием.1
9. Задняя поверхность отражателя должна быть покрыта сплош¬
ным слоем серебра. Серебряный слой должен быть покрыт эле¬
ктролитическим слоем меди такой толщины, чтобы закрепить
отражательный слой и предохранить его от механических повреж¬
дений. Медный слой должен покрывать всю заднюю поверхность
отражателя и огибать ее по крайней мере на */4 толлины отража¬
теля.
10. Поверх медного слоя должен быть наложен лак такого
качества, чтобы обеспечить защиту стекла от сырости и газов,
которые могут повредить медный и серебряный слой. Весьма часто
для этого употребляют бакелитовый лаке каким-либо наполнителем.
11. По желанию поверх предохранительного лака иногда в про¬
жекторных отражателях накладывается специальная сетка из мед¬
ной проволоки. Это делается для того, чтобы отражатель не рас¬
сыпался при попадании в него пуль.
12. Для прожекторных отражателей с дуговыми лампами про¬
дольные аберрации должны быть порядка 0,01 / для внутренних зон
и 0,005 /—для краевых. Для отражателей с лампами накаливания
величина аберраций может быть больше. Нормы еще не выработаны.
1 Например прожектор типа 0-15-2 с отражателем £>н = 1500 мм.
414
Испытания отражателей. Прожекторные отражатели перед
сдачей заказчику подвергаются следующим испытаниям.
1. Измеряется внутреннее натяжение путем просмотра отража¬
теля в поляризованном свете.
2. Для определения плавности формы поверхностей отражателя
производится фотосъемка таблицы Чиколева.1 Изображение сетки
должно состоять из кривых линий плавной кривизны по всей длине,
без заметного выпучивания, волнистых мест и других искажений,
Рис. 350.
указывающих на дефекты поверхности. На рис. 350 дан вид сетки
Чиколева для очень хорошего отражателя диаметром 1500 мм.
3. Для определения плавности формы поверхности произво¬
дится снимок светового пятна на матовом экране. Для получения
светового пятна в фокусе отражателя устанавливается точечный
источник света, лучи от которого, падая на отражатель и отра¬
жаясь от него, дают на экране световое пятно. Для хорошего
* Описание метода Чиколева см. Куприянов, Методы исследования
зеркал. — Метод фотогргфирования сетки, Артиллерийский журнал, № 4»
5, 6, Петроград 1918; А. Зоннефельд, Вогнутые зеркала, ОНТИ, 1935
(пер. с немецк.).
415
отражателя световое пятно должно иметь равномерную освещен¬
ность на всей площади. На рис. 351 дан снимок светового пятна
для того же отражателя, что на рис. 350.
4. Измеряются фокусные расстояния и продольные аберрации
отражателей. На рис. 352 дан график продольной аберрации того
же отражателя, что и на рис. 350 и 351.
5. Измеряется коэфициент отражения.
6. Готовый отражатель испытывается на закалку путем равно¬
мерного подогревания его до 60°, и затем быстрого охлаждения
Рис. 351.
путем погружения в воду с температурой 15°. При этом отража¬
тель не должен расколоться и дать трещин.
7. Испытываются термическая прочность и качество защитного
слоя, для чего отражатель устанавливают в прожектор, который
приводится в действие на срок не менее 3 час. После этого испы¬
тания отражатель не должен иметь трещин, а также мест с отста¬
ванием серебряного и защитного слоев.
8. Для испытания качества защитного слоя готовый отража¬
тель выдерживается: а) 72 часа в 60% растворе поваренной соли,
б) 72 часа на воздухе при температуре около 90° и в) 72 часа
в чистой воде при температуре около 100°. После этих испыта¬
ний не должно быть заметно ухудшения качества защитного слоя
и желтых пятен на серебряном слое, а также мест с отставанием
слоя.
Примечание. Параболические отражатели, употребляющиеся
в дуговых кинолампах (тип Artisol, Цейсс), должны подвергаться анало¬
гичным испытаниям.
Уход за стеклянными отражателями. Не следует без особой
надобности вынимать отражатель из фонаря. Перед выемкой тем¬
пература отражателя не должна быть выше 40°. При работе про¬
жектора на поверхности отражателя 'появляется угольный налет,
который следует удалять мягкой кистью. Для чистки наружной
поверхности рекомендуется употреблять специальную эмульсию,
состоящую из х/б по объему тонкого чистого мела и 4/б воды, при¬
чем на 1 л эмульсии прибавляют около 20 смъ спирта-ректификата.
2. Металлические отражатели. Металлические отражатели
применяются в прожекторах заливающего света или в прожекто¬
рах с углом рассеяния 10—12° (автофары, паровозные фонари и
др.). Отражающая поверхность покрывается слоем серебра или
хромируется.
В случае посеребренной поверхности отражающий слой покры¬
вается слоем прозрачного лака. Коэфнциент отражения хромиро¬
ванных отражателей — 0,62—0,65, а серебреных — до 0,90.
В табл. 63 даны основные размеры некоторых металлических
отражателей.
Таблица 63
Основные размеры металлических отражателей
Род отражающей
поверхности
Диаметр от¬
верстия
мм
Г
Плоский угол
охвата
Хромированная . . .
450
95
249°
» ...
350
90
185°
» ...
240
34
240°
* ...
350
50
240°
27 Зак. 3780. Справота. ки. оптико-мезганжка.
417
Рис. 352.
Продольные аберрации металлических отражателей — порядка
0,15/ (по измерениям ГОИ), тогда как у стеклянных они порядка
0,01 / и меньше.
§ 4. Источники света
В качестве источников света в прожекторах и киноаппаратах
применяются: 1) угольная дуга, 2) дуга высокой интенсивности,
3) лампы накаливания, 4) ацетиленовое пламя (только в светосиг¬
нальных аппаратах — маяках).
1. Вольтова дуга с угольными электродами (постоянного
тока). Температура наиболее раскаленной части положительного
электрода (кратера) — 3700 — 4000°К, отрицательного — 3100 —
3200°К; температура газового промежутка — 2000°К* Кратер
испускает 85% всего светового потока, отрицательный электрод —
10% и раскаленные газы — около 5%. Разность потенциалов на
дуге может быть выражена следующей приближенной формулой:
уд = а Ы,
где а и b — постоянные, зависящие от сорта углей и атмосфер¬
ного давления; / — длина дуги.
Для устойчивости горения дуга требует последовательного
включенного сопротивления, поглощающего около 30% напря¬
жения.
Наибольшая яркость кратера — 15 000 — 18 000 стильбов
(св.[см2); световая отдача—15 лм/W; плотность тока — 0,15—
0,4 А 1мм2. Яркость кратера почти не зависит от силы тока в дуге:
увеличение силы света при возрастании силы тока происходит за
счет увеличения диаметра кратера. Для приближенных расчетов
максимальную силу света дуги можно вычислять по формуле:
^шах=170/+1,51/9,
где/шах — сила света в свечах; / — сила тока в амперах.
Средняя сила света: У = 0,8 J
^ ср. щах *
2. Дуга высокой интенсивности. Увеличение яркости проис¬
ходит из-за применения в фитильной массе положительного угля
Таблица 64
Дуги высокой интенсивности
Диаметр
+ угля
мм
Диаметр
— угля
мм
Сила
тока
A(V)
Плот¬
ность то¬
ка
к/мм1
Темпера¬
тура кра¬
тера
°К
Яркость
стильбы
Сила све¬
та
св.
16
14
150 (80)
0,75
4570
70 000
95 000
16
14
200 (80)
0,99
4 800
100 000
120 000
16
14
225 (90)
1,12
5100
120000
150 000
18,5
16
200 (90)
0,75
4 580
70 000
120000
18,5
16
300 (100)
1Д1
5 000
120000
190000
418
окисей редких земель (тория, церия, лантана). Плотность тока —
порядка 0,75—1,5 А/мм2, температура кратера положительного
электрода— 4600—5100 °К. Яркость, кратера возрастает с уве¬
личением плотности тока (см. табл. 64).
В настоящее время дуги высокой интенсивности применяются
для кинопроекционных аппаратов.
3. Лампы накаливания (газополные). Применяются главным
образом в светосигнальных аппаратах, прожекторах заливающего
света, малых и средних киноаппаратах. Яркость нити — от 750 до
2400 св.jcM2) мощность ламп — от 25 до 1000 W. 1 Необходимым
условием для полного использования светового потока является
плоскостное расположение спиралей с возможно тесным размеще-
Таблица 65
Светотехнические данные ламп фирмы Осрам для прожекторов и
кинопроекции
Мощ¬
ность
W
Напря¬
жение
V
Сила
света
св.
W/св.
Общий
поток
лм
лм! W
Габарит
светящейся
поверхности
мм2
Эффектив¬
ная яркость
св ./см2
100
20
35
5 J
100—130
190
1Р0
145
125
0,53
0,62
0,69
0,90
1900
1600
1350
1 150
19.0
16.0
13,5
П,5
6Х 7
7Х 8
8ХЮ
12X12
450
280
180
87
300
20
35
50
100-130
750
750
700
650
0,40
0,40
0,43
0,46
7 000
7 000
6500
6000
23.5
23.5
21.5
20,0
8Х 9
9X10
9ХП
13X15
1040
- 830
710
330
500
20
35
50
100—130
1400
1 300
1300
1550
•0,36
0,38
0,38
0,43
12 500
11 500
11 500
9 700
25.0
23.0
23.0
19,4
9ХЮ
11X12
14X14
16X18
1550
900
660
400
1000
35
50
100—130
2 600
2 600
2150
0,38
0,38
0,46
23 000
22 500
18 000
23.0
22,5
18.0
14X15
17X17
20X22
1250
900
490
600
30
2 000
0,30
17 500
29,0
12X12
1400
900
30
3 000
0,30
26 500
29,5
14X14
1530
1 Для посадочных фонарей мощность ламп достигает 10 000 W (фо
нари Соттера-Бенари).
27* 419
нием отдельных колбасок. В лампах накаливания необходимо ввести
понятие об эффективной яркости:
где J—^сила света лампы в направлении, нормальном плоскости
спирали, а 5—площадь габарита спиралей. Эффективная яркость
может быть увеличена применением сферического зеркала, центр
которого совмещен с плоскостью спирали (рис. 353, где Ох —
прожекторный отражатель; — сферическое зеркало; /?2 — ра¬
диус кривизны зеркала 02; а, b — спи¬
рали лампы; а', Ьг — изображения спи¬
рали лампы в зеркале).
В табл. 65 даны светотехнические
постоянные некоторых ламп фирмы
Осрам.
4. Ацетиленовая горелка приме¬
няется главным образом в проблесковых
маячных фонарях. Имеет пламя в фор¬
ме ледестка. Яркость пламени нормально
к его поверхности — около *4 св.[см2,
а вдоль ребра — до 20 св.jcM2. Вследст¬
вие того что яркость не во всех на¬
правлениях имеет одинаковую величину,
сила света во всех направлениях почти
постоянна. Сила света определяется раз¬
мерами пламени, величина которого
зависит от расхода газа в 1 час.
В табл. 66 даны размер пламени, средняя сила света и расход
газа для различных открытых горелок, употребляющихся в маяко-
вых фонарях (мигалках фирмы АГА).
Т а б л и ц а |66
Данные ацетиленовых открытых горелок для маяковых фонарей
Тип горелки
ZBLC-5
ZBLC-8
ZBLC-10
ZBLC-15
1
8
и
U
CQ
N
ZBLC-25
ZBLC-30
Расход газа, л/час . . .
5
8
10
15
20
25
30
пламени, { Ширина . .
9
11
14
18
23
29
36
мм \ Высота • •
9
11
14
18
23
29
36
Средняя сила св ета,
млн. св
2,3
5,4
7,2
16
23
34
45
420
Рис. 353.
5. Ацетиленовые газокалильные горелки (горелки Далена) при¬
меняются в маяках и огнях с большой силой света. Сила света
горелки зависит от размеров колпачка, которые в свою очередь
обусловливаются расходом газа в горелке. В табл. 67 приведены
светотехнические данные некоторых горелок маяков Далена.
Таблица 67
Светотехнические данные горелок мая^эв Далена
Расход газа, я/час
6
10
20
35
75
125
175
250
Размер ( Высота . .
14,5
16,5
20
23
27,5
33
39,5
46
сетки, 1
мм [ Диаметр .
13
15
18
21
25
30
36
42
Сила света, св. . . .
20
35
46
56
70
81
87
92
Как видно из таблицы, горелки
с малым расходом газа имеют больший
коэфициент полезного действия: при
возрастании расхода газа в 42 раза
(6- и 250-литровые горелки) сила
света возросла лишь в 4,5 раза.
На рис. 354 дан разрез маячного
фонаря Далена с газокалильной горел¬
кой. Аппарат имеет сменные колпачки,«
которые автоматически устанавливаются
перед газовым пламенем в случае пор¬
чи ранее стоявшего колпачка.
§ 5. Светотехнические данные при¬
боров дальнего освещения
(прожекторов)
1. Максимальная сила света про¬
жектора:
где В — эффективная яркость источ¬
ника в стильбах (св.j см2)] D-—диа¬
метр отверстия отражателя1 или линзы;
т) — коэфициент пропускания прожек¬
тора, в современных прожекторах —
порядка 0,9—0,7.
2. Расчетная сила света прожек¬
тора:
Рис. 354.
421
3. Сила света поясных линз Френеля рассчитывается по
формуле:
где Н—высота линзы; d — ширина пламени; tq — коэфициент про¬
пускания (тг] = 0,5); В — эффективная яркость источника.
4. Угол рассеяния прожектора определяется размерами источ¬
ника света и фокусным расстоянием отражателя. Вследствие не¬
одинаковости яркости по всей
поверхности источника света и
ряда других причин сила света
внутри прожекторного пучка
не постоянна для различных
углов, образуемых лучом с осью
прожектора. На рис. 355, дана
кривая светораспределения про¬
жектора Сперри диаметром
750 мм.
Различают три вида углов
рассеяния.
а) Теоретический угол рас-
сеяния: ктеор. = djf, где d —
диаметр источника света, /—
фокусное расстояние отража¬
теля или линзы.
б) Угол рассеяния ближ¬
него действия: и01 — угол,
внутри которого сила света не
ниже 0,1 максимальной вели¬
чины. На рис. 355 и01 — 92\
в) Угол рассеяния дальнего действия: идъ — угол, внутри ко¬
торого сила света не ниже 0,5 максимальной величины.
С достаточной точностью можно считать, что угол рассеяния
ближнего действия совпадает с теоретическим углом ятеор .
5. Диаметр освещаемой прожектором площади:
D M = uL м,
Рис. 355.
где и — угол рассеяния.
6. Расчетная освещенность мишени:
где 7раоч —расчетная сила света в свечах; L — расстояние про¬
жектора до мишени в километрах; а — пропускание атмосферы на
1 км\ Е ч —освещенность в люксах.
422
В табл. 68 приведены значения пропускания воздуха при
различных состояниях атмосферы.
Таблица 68
Значения пропускания воздуха при различных
состояниях атмосферы
а
Качественная оценка прозрачности
0,95
Исключительно ясно
0,90
Ясно
0,80
Сырой воздух
0,70
Легкая дымка
0,60
Небольшой туман
7. Дальность видимости светосигнальных приборов (мая-
ков, аэромаяков и др.). Различают две дальности видимости.
Рис. 356.
а) Географическая дальность определяется кривизной земной
поверхности и в малой степени — атмосферной рефракцией. Она
вычисляется по формуле:
где L — дальность в километрах, а ^ и h% — высота наблюдателя
и сигнала над поверхностью земли в метрах.
423
б) Оптическая дальность определяется чувствительностью
глаза, т. е. той наименьшей освещенностью на зрачке глаза (/ш1п),
при которой наблюдатель увидит сигнал. Чувствительность глаза
зависит от яркости окружающего поля. В морских и летных
условиях при ночных наблюдениях принимают: /min = 0,3 • 10~6 лк.
Оптическую дальность действия аппарата L вычисляют в этом
случае по формуле:
На рис. 356 даны значения L в зависимости от J для различ¬
ных значений поглощения атмосферы. На рисунке значения в
Рис. 357.
свечах Гефнера (1 св. Гефнера = 0,9 межд. св.). При дневных
условиях дальность действия уменьшается приблизительно в 3 раза
(по данным каталогов Цейсса).
8. Дальность действия прожекторов дальнего освещения
зависит от контраста объекта, состояния атмосферы и положения
наблюдателя относительно прожектора. На рис. 357 дана зави¬
симость дальности зенитного прожектора от его силы света при
различных состояниях атмосферы.
Для ряда объектов составлены специальные таблицы, по кото¬
рым можно определить дальность действия прожектора в зави¬
симости от его силы света, контраста цели, состояния атмосферы
и других факторов.
§ 6. Расчет оптики прожектора
Для примера использования материалов, приведенных в нас¬
тоящей главе, ниже дается расчет оптики прожектора для
аэромаяка.
424
Пример. Рассчитать отражатель для аэромаяка с оптической
дальностью 50 км при средней прозрачности воздуха 0,90.
Источник света — газонаполненная лампа накаливания 110V. Из
рис. 356 имеем, что сила света прожектора должна быть равна
150 000 св. Гефнера. Из табл. 65 имеем, что эффективная
яркость Вэф лампы накаливания на 110V равна 490 Лев.\см?\
т] — коэфициент пропускания — берем 0,7.
Таким образом расчетная сила света прожектора:
Отражатели диаметром 31,4 см~не изготовляются; ближайшими
к нему являются отражатели с диаметрами 250 и 450 мм (см.
табл. 62). Берем отражатель диаметром 450 мм, что дает увели¬
чение силы света относительно расчетной в 2,1 раза.
По формуле (2) рассчитываем параметры отражателя:
рг (параметр передней непосеребренной поверхности) == 192 мму
§ 7. Осветительные приборы ближнего действия (проекцион¬
ные приборы)
1. Диапроекция. Осветительной частью прибора является кон¬
денсор. Конденсоры применяются: 1) двухлинзовые с углом охвата
(о = 45°; 2) трехлинзовые с ш==65°; 3) двухйинзовые с асфери¬
ческими поверхностями <о = 70°.
Для двухлинзового конденсора диаметры отверстий обеих линз-
одинаковы и на х/10 больше диагонали диапозитива. Источник
света помещается в фокусе передней линзы конденсора, между
линзами световой пучок идет параллельно. Фокус задней линзы
совпадает с диаметром зрачка входа проекционного объектива.
Между обеими линзами помещается охладитель. Диапозитив — для
получения равномерной освещенности — помещается по возмож¬
ности ближе к задней поверхности задней линзы.
42S
Теоретический угол рассеяния аэромаяка:
При трехлинзовом конденсоре первая линза — мениск — дает
мнимое изображение источника света, которое получается в фокусе
передней линзы двухлинзового конденсора.
На рис. 358 дана схема двухлинзового конденсора фирмы Цейсс 1
с асферическими поверхностями. Конденсор состоит из мениска /,
который дает мнимое изображение источника света; после про¬
хождения через линзу / лучи падают на ступенчатую линзу //.
Для уменьшения аберраций внешняя поверхность линзы II имеет
асферическую поверхность.
На рис. 359 дана схема двухлинзового конденсора, образован¬
ного двумя ступенчатыми линзами. Эти линзы могут применяться
только в киноаппаратах, так как световой конус у их поверх¬
ности имеет в сечении ряд концентрических колец (по числу
ступеней линзы), которые при обычной
схеме диапроекции будут видны на экране.
Рис. 358.
Конденсоры со ступенчатыми линзами впервые появились
в Америке, где широко применяются такие линзы для светофоров.
Коэфициент пропускания двухлинзового конденсора — 0,70,
а трехлинзового — 0,60. При этом грязь и пыль на конденсоре
могут уменьшить пропускную способность еще на 10%.
В качестве источника света применяются дуговые лампы и
лампы накаливания.
2. Кинопроекция. В киноцроекции в качестве осветителей
применяются двухлинзовые и трехлинзовые конденсоры,2 а глав¬
ным образом зеркальные лампы.
На рис. 360 показана схема зеркальной лампы ВООМПа:
зеркало — сферическое с концентрическими поверхностями; плос¬
кий угол охвата —100 — 110°; сила тока —15—24 А, напря¬
жение на дуге — 30 V; диаметр углей: 8 — 10 мм омеднен¬
ный,— б — 7 мм однородный.
На рис. 361 дан общий вид лампы Artisol, а на рис. 362 —
лампы Kinesol (обе фирмы Цейсс).
* DRGM 554037, KI 42/п. G. 23, 4 июля 1932 г.
2 В старых моделях.
426
Рис. 359.
В табл. 69 указаны потоки на экране, даваемые различными
лампами фирмы Цейсс.
Таблица 69
Потоки на экране, даваемые различными лампами фирмы Цейсс
Тип лампы
Поток на
экране F
лм
Освещенность на
экране Е (лк) при
коэфициенте от¬
ражения У]
Примечание
юо%
70%
50%
Artisol с зеркалом
диаметром 200 мм,
сила тока 25 А
4000
130
90
65
Размер экрана:
5 = 6,5 X 4,8 м
Artisol 75 с обыкно¬
венной дугой на
45 А
8 000
250
175
125
Освещенность
на экране:
F F *
Е-sn
Artisol 75 с дугой
повышенной ярко¬
сти на 75 А
15500
480
340
240
Рис. 360.
На рис. 363 дан график зависимости светового потока на
экране от силы тока в дуге для различных типов конденсоров.
В табл. 70 даны характеристики этих конденсоров.
427
Рис. 361.
Рис. 362.
428
Рис. 363.
Таблица 70
Характеристики конденсоров на рис. ЗЬЗ
Кривая
рис. 363
Характеристика конденсора
А
Двойной конденсор: диаметр отверстия —115 мм;
f = 80 мм; ш = 45°
В
Тройной конденсор: ш = 65°
С
Зеркальная лампа:
диаметр зеркала — 140 мм;
/' = 62,5 мм; оз = 115°
D
диаметр зеркала — 200 мм;
/' = 75 мм; (о = 135°
Е
диаметр зеркала — 200 мм;
/' = 110 мм; конденсор с /' = 500 мм
F
Зеркало то же, что для кривой С, с конденсором
Примечание: f — фокусное расстояние; ш — угол охвата.
В табл. 71 дана сводка ряда формул допустимой освещен¬
ности экрана в зависимости от ширины экрана или длины зала.
Как видно из таблицы, общей точки зрения по этому вопросу
еще не имеется.
Таблица 71
Допустимая освещенность экрана в зависимости от ширины экрана
или длины зала
№ по
пор.
Автор
формулы
Освещенность экрана
Примечания
1
Блох
£ = £ + 20
£ — длина зала в м
2
Науман
£<=2£ + 20
В — ширина экрана
3
Цейсс-Икон
£= 10-г- 15 В
в м
4
Шеринг
£ = 205
Глава XIV
JI. Г. Титов
ЛУПЫ и МИКРОСКОПЫ
§ 1. Лупы
Общие оптические данные о лупах — см. гл. I.
1. Апланатические карманные (складные) лупы (рис. 364)
применяются для многих надобностей.
Простые лупы имеют увеличения: 2, 5, 6,
8, 10, 16, 20 и 27. Двойные лупы делаются
с увеличениями: 3, 6 и 9; 10 и 20; 16 и 27;
20 и 27.
При рассматривании объекта их следует помещать перед
глазом на таком же расстоянии, как стекла очков. В противном
случае страдает качество изображения на краях поля зрения, и
само поле уменьшается.
Рис. 266.
Существуют специальные лупы с широким полем с увеличе¬
нием 2,5. У них линза имеет форму мениска (вогнутую сторону
его надо располагать к глазу). Эти лупы следует располагать как
можно ближе к глазу.
Рис. 365.
Рис. 364.
2. Лпланатические лупы по Штейнгейлю состоят из трех
склеенных линз. У них поле зрения особенно велика «и резко до
самого края (рис. 365).
3. Анастигматические лупы не дают никаких заметных иска¬
жений изображения.
В табл. 72 сведены основные данные всех луп, выпускаемых
разными фирмами;1 эти лупы изготовляются в нормальных оправах
(рис. 366).
Таблица 72
Лупы фирмы Цейсс
№
1
2
3
4
5
6
7
Обозначенное увеличе¬
ние
Расстояние до объекти¬
ва, мм
Диаметр поля зрения,
мм
Диаметр линз, мм . . .
2,5х
100
120
35
Аплг
6Х
30
30
22
шатиче
лупы
8Х
23
21
ч
18
1
>ские
юх
18
15
13
Анас
ск
16х
9
10
4,5
1
ггигма!
ие луг
7
8
4
•иче-
[Ы
27Х
5,5
6
3,1
Рис. 367 а. Рис. 3676.
4. Бинокулярные лупы (слабого увеличения) — рис. 367 а и б—
имеют преимущество в том, что сохраняют пространственный вид
предмета.
Обычно эти лупы закрепляются на голове наблюдателя помощью
закрепительной ленты, но могут применяться и на особых штати¬
1 Этот набор с сптической точки зрения наиболее рационален
431
вах. Переносник путем изгибов может быть приспособлен к любой
форме носа. Возможно применение их и с очками, но тогда
очковые стекла (специально малых размеров) вводятся непосред¬
ственно в кольцо переносника лупы или в глазную раковину.
Иногда с лупой соединено осветительное приспособление.
Линзы можно заменять и таким образом изменять увеличения
до 3х (всего 5 ступеней), начиная от 0,75х. Увеличения 0,75х
и Iх применяют в тех случаях, когда желательно рассматривать
объект двумя глазами, но сам объект расположен в каком-нибудь
углублении, мешающем вести наблюдение невооруженным глазом
{при нормал-ьном расстоянии зрачков).
Расстояние до объекта у лупы Iх — 25Ü мм, у лупы 3х—180 мм.
Возможны бинокулярные лупы и иных увеличений.
Рис. 368. Рис. 369.
5. Специальные лупы с ручками (рис. 368) представляют
собой тип апланатической лупы с одной асферической поверх¬
ностью. Получается изображение, отчетливое до краев по^ля зре¬
ния. Их следует располагать на расстоянии от глаза в 15 — 25 см
(более выпуклой стороной к глазу). Если лупу расположить на¬
оборот, то ее надо ставить очень близко к глазу. В последнем
случае поле зрения будет больше, но края его несколько иска¬
жены и окрашены.
Эти лупы можно изготовлять со всевозможными увеличениями.
В табл. 73 приведены данные таких луп. Лупы легко выни¬
маются из своих ручек.
Таблица 73
Специальные лупы с ручками
№
1
2
3
Увеличение
3,5х
4Х
8Х
Расстояние до объекта, мм
60
50
25
Диаметр поля зрения, мм
80
60
40
Диаметр линз, мм . . . .
50
43
32
6. Лупы-монокли (рис. 369) вставляются непосредственно в глаз¬
ную впадину, вследствие чего обе руки остаются свободными
для работы. Эти лупы построены на принципе „пунктальных
стекол“ (см. гл. XXII) и потому дают большое поле зрения.
Оправа имеет овальную форму соответственно форме глазной
впадины; край оправы устроен так, что стекло само располагается
на правильном расстоянии от глаза. При всех увеличениях вес
этих луп одинаковый.
В табл. 74 приведены данные луп-моноклей.
Таблица 74
Лупы-монокли
№
0
1
2
3
4
Увеличение
Расстояние до объекта, мм ....
Диаметр линзы, мм .
Диаметр поля зрения, мм ....
Вес, г
5Х
50
30
'-'*'60
13
3,6х
70
30
—96
13
2,8х
90
30
—110
13
2,3х
110
30
—130
13
1,7х
150
30
—170
13
7. Отсчетные лупы
(специальные) применя¬
ются для измерительных
приборов и рассматрива¬
ния частей машин и изде¬
лий; устанавливаются на
специальных подставках
(рис. 370). Лупа может
быть установлена и за¬
креплена в любом поло¬
жении. Ее можно удобно
расположить на станке,
и таким образом руки
остаются свободными.
Специальный колпачок
защищает лупу от повре¬
ждений. Данные этих луп: Рис. 370.
Увеличение 3*
Диаметр линзы — 36 мм
Наружный диаметр оправы 413,5 ,
Вес без подставки — 100 г
Вес с подставкой — 1400 .
Более сильные увеличения получают уже помощью микро¬
скопов (измерительных, отсчетных). Простейшие формы их изо¬
бражены на рис. 371. Мод. /—тубус передвигается только по
высоте; мод. II—тубус может сдвигаться в сторону, и положение
28 Зак. 3730. Справочн. кн. оптжко-механик». 433
его отсчитывается нц барабане; мод. III — то же, что мод II но
объект можно рассматривать и в проходящем свете.
Иногда лупы на штативах применяются совместно с поляри¬
зационным прибором. Поляризатор — черное зеркало; анализатор —
Рис. 371.
насадной на лупе. Лупа с анализатором может поворачиваться во
все стороны для широкого обзора. Столик делается стеклянным,
иногда на нем нанесена квадратная сетка. В анализатор встав¬
ляются компенсаторные пластинки.
Иногда вместо стеклянного стола
вставляется вращающийся столик
с градусными делениями, а также
Рис. 372. Рис. 373.
узкий столик, продольно передвигающийся и имеющий стопорное
приспособление.
Нередко лупы располагают на штативах типа, близко подхо¬
434
дящего к микроскопу. В этом случае их называют (необоснованно)
препарировальными микроскопами. Увеличение — не свыше 25х.
С другой стороны есть группа, носящая название луповые
микроскопы, чаще всего бинокулярные (рис. 372). Оптическая
система у них подобна препарировальному микроскопу (см. ниже —
„Микроскопы“). Они имеют широкое поле зрения и большое рас¬
стояние до объекта. Увеличение можно изменять — путем пере¬
мены объективов и окуляров — в широких пределах, например
от 4х до 43х. Наблюдение — как в проходящем, так и в отра¬
женном свете. Снабжаются
также осветительным при¬
способлением (рис. 373).
Сила освещения и величины
освещенного поля согласо¬
ваны с увеличением. Регу¬
лировка — вдвижением и вы¬
движением колена освети¬
тельной трубки. Вставление
объективов и окуляров (по¬
добранных попарно) произ¬
водится в корпус с приз¬
мами (рис. 374) аналогично
препарировальным микро¬
скопам (см. далее).
Употребляются всевозможные столики и держатели приме¬
нительно к разному назначению луп, иногда прикрепляемые
к столу.
Прочие лупы — см. гл. XV и XXII.
§ 2. Микроскопы и принадлежности к ним
Принцип действия, оптическая схема, формулы и пр. — см.
гл. I и II.
Основное назначение микроскопа — рассматривание мельчайших
предметов и деталей — приводит к необходимости иметь высокую
разрешающую силуу зависящую преимущественно от объектива и
определяемую, при правильном выполнении последнего, аперту¬
рой А. Высокая апертура объектива, доходящая до А =1,6, до¬
стигается лишь при строгом соблюдении условий апланатизма
(см. гл. I); при высоких значениях А > 1 — только с иммерсиями
(вода, кедровое масло, монобромнафталин). Высокие оптические
качества объективов при сильных увеличениях и апертурах дости¬
гаются в апохроматах, в которых, кроме оптических стекол спе¬
циальных сортов, используются флюорит и даже квасцы. В этих
объективах не исправлены только кривизна поля и хроматизм
увеличения; последний исправляется компенсационным окуляром.
На разрешающую силу влияет и освещение препарата, которое
главным образом должно быть равномерным. Поэтому осветитель¬
28* 435
Рис. 374.
ные аппараты (конденсоры) конструируют с большой тщатель¬
ностью. Их стараются сделать также апланатическими, пользуясь
часто сложными системами; полезно применение асферических
поверхностей. В некоторых случаях конденсорами служат даже
объективы микроскопов — ахроматы и апохроматы. При больших
их апертурах необходимо применять с конденсором иммерсион¬
ную жидкость, аналогично объективам.
Из опыта известно, что некоторые, очень тонкие структуры не
могут быть различены, если апертура освещающего их пучка света
меньше апертуры объектива. Дифракционная теория Аббе пока¬
зывает, что свет, поступающий в объектив, дифрагирован; дифрак¬
ция зависит от свойств объекта. Точно рассчитать вид дифрак¬
ционной картины почти невозможно. Это делают лишь в простых
случаях, например когда объект имеет прямой угол (прозрач¬
ный), маленькое отверстие, прямоугольную щель или ряд периоди¬
чески расположенных промежутков (решетки). Многие препараты
имеют структуру, близкую к подобным, поэтому эти расчеты весьма
существенны, однако последние еще более усложняются, если
принять во внимание освещение. Обычно предполагают, что свет,
идущий от конденсора, состоит из системы плоских волн, про¬
ходящих через объект (препарат). Каждая система испытывает
дифракцию; в объектив попадут части дифрагированных пучков,
находящиеся в пределах его апертуры. Вблизи задней фокальной
плоскости объектива образуется резкое изображение источника,
полученное вследствие интерференции пучков в виде дифракцион¬
ной картины. Проходя дальше, пучки образуют интерференцион¬
ную картину в плоскости изображения микроскопа, вид которой
зависит от распределения света. Это распределение легче всего под¬
считать для случая, когда источник света (точка) фокусируется
в плоскость объекта,* ибо тогда известно распределение света в пло¬
скости объекта1 и может быть определена дифракция, вызываемая
объектом, и найдено распределение света в изображении микро¬
скопа. Из теории Аббе известно, что структура объекта может
быть разрешена в изображении (видна), если из вызванного им
дифракционного пучка в объектив попадают хоть первые макси¬
мумы. Если на объект, имеющий вид решетки (см. гл. И), падают
параллельные лучи (плоские волны) из среды с коэфициентом
преломления л0под углом 0О и ширина интервала решетки d,
коэфициент преломления среды за объектом nv а угол дифрак¬
ции. 6р то имеет место уравнение:
где \—длина волны света в воздухе, a k — коэфициент, являю¬
щийся в общем случае интегралом. Для максимумов первого по¬
1 Распределение света вокруг изображения дается формулами вол<-
новой оптики.
436
рядка k=l. Если свет падает нормально, то угол дифракции
первого йорядка связан отношением:
или:
Если же свет падает в объектив косо, то имеет место рефрак¬
ция, определяемая условием:
Если угол дифракции первого порядка в этом случае будет
то предыдущее уравнение дает:
и тогда:
следовательно:
и
Разрешающая сила удваивается для косого света, если под
этим углом лучи пройдут через объектив, что зависит от его
апертуры. Если апертура конденсора Ае, а апертура объектива Л0,
то предыдущее выражение можно переписать:
При А6 = А0 имеем предыдущее: d = Х/2 А.
Здесь было взято только одно направление, но конденсор дает
целый конус лучей. Разрешение будет зависеть от степени его
вхождения в объектив.
В плоскости изображения микроскопа, если он свободен от
аберраций, мы получим сопряженную интерференционную картину,
причем расстояния максимумов в ней будут увеличены во столько
раз, каково диоптрическое увеличение микроскопа. Интерферен¬
ционная картина может содержать различное количество макси¬
мумов в зависимости от того, сколько их пропускает объектив.
В соответствии с этим распределение света окажется различным,
и интерференционная картина будет меняться. Путем вычислений
для ряда случаев мы найдем различные. кривые распределения
интенсивностей света в изображении. Отсюда ясно значение боль¬
шой апертуры объектива для восприятия истинного вида объекта.
1 Знак ( + ) потому, что угол будет по другую сторону.
437
Если в изображении интерференционной картины искусственно
устранить те или иные максимумы, то вид объекта будет меняться.
Имеются наборы решеток Аббе с разной величиной промежутков.
Будучи поставлены в качестве объектов в микроскоп, они дают
в задней фокальной плоскости объектива первичные дифракцион¬
ные картины, передающиеся в окуляр указанным способом. Рас¬
стояние максимумов зависит от интервала решетки. К наборам
прилагаются диафрагмы (пластинки с зачерненными местами),
вставляемые вблизи плоскости дифракционной картины. При по¬
мощи этих пластинок можно загораживать те или иные максимумы.
Загораживая первые максимумы, даваемые одной из решеток, мы
получим вид другой решетки, имеющей интервалы штрихов такими,
что выявленная ими дифракционная картина имеет первые макси¬
мумы на расстоянии, вдвое большем, чем дает первая (интервалы
первой решетки вдвое меньше, чем второй). Эти наблюдения
иллюстрируют сказанное выше о резком изменении вида объекта
в зависимости от характера дифракционной картины. Мы таким
образом будем наблюдать и исчезновение структуры и появление
несуществующей (более мелкой).
Можно сделать следующие общие заключения.
1. Объектив должен быть хорошо корригирован, особенно в отно¬
шении апланатизма, так как это влияет на распределение света
в изображении и следовательно н^ интерференционную картину.
2. Для объектов с деталями сильного контраста (прозрачные и
малопрозрачные части) существенно применение больших апертур
как у конденсора, так и у объектива. Но это зависит от величины
их аберраций, в силу чего приходится апертуру ограничивать.
Иногда мешает чрезмерная блесткость изображения. При очень
хорошем объективе достигаются лучшие результаты, когда апертура
конденсора составляет от 2/3 до 3/4 апертуры объектива.
3. Для объектов с тончайшими структурами выгодно пользо¬
ваться косыми пучками света с узкими апертурами. В этом случае
отчетливее выступают следствия явлений интерференции. Более
грубые структуры будут правдоподобнее, так как их интерферен¬
ционные картины сужены. В тонких же структурах цри широких
пучках будут меняться углы наклона, что влияет на интерферен¬
ционную картину. В некоторых случаях первые же максимумы
могут уходить за пределы поля зрения. Возможны случаи, когда
дальнейшее увеличение апертуры конденсора уничтожит разреше¬
ние. Отчасти слабые максимумы могут исчезать вследствие сильной
освещенности поля (такой случай например имеет место в диато¬
мах amphiplure pellucida). Так как объект обычно имеет не
два, а три измерения, то наблюдаемые явления оказываются слож¬
нее. При преломлении через слой препарата происходят сильные
изменения, в результате чего истинного вида объекта мы не полу¬
чаем. Однако часто в микроскопе важно лишь обнаружить наличие
структуры, что возможно только при правильном учете характера
освещения конденсора.
438
4. При наличии аберраций в объективе часто лучшее изобра¬
жение оказывается не в том месте, где оно должно быть по зако¬
нам преломления. Если препарат освещается очень косыми лучами
малых апертур, то прямой свет в объектив не проходит, но дифра¬
гированные препаратом лучи находятся в пределах апертуры
объектива и входят в него. При этом могут войти максимумы
первого, второго и прочих порядков, что зависит от направления
света от конденсора. Оптимальные условия достижимы, когда ди¬
фрагированные лучи расположатся симметрично по обеим сторо¬
нам Н9рмали к объективу. Тогда будет справедливо отношение:
d = (Ac + A0) = 2 X.
Подобный род освещения называется темным полем, так как
прямого света в объективе нет, а есть лишь светлые точки, вы¬
зываемые дифракционными лучами, идущими от частиц препа¬
рата.
Так как длина волны играет большую роль, то при белом
свете такие изображения хроматически окрашены. Здесь не учтено
еще явление поляризации, несомненно происходящее. При приме¬
нении поляризованного света можно предвидеть ряд явлений.
В зависимости от угла поляризации лучей по отношению к оси
микроскопа будет иметь место то или иное распределение интен¬
сивности света в изображении. Если колебания поляризованного
света параллельны оси микроскопа, то при „темном поле" в центре
поля зрения интенсивность равна нулю, а к краям возрастает;
если они составляют угол, отличный от нуля, то интенсивность
будет распределена несимметрично.
Так как все эти явления возникают вследствие дифракции, то
настоящего изображения объекта нет, и вида структуры мы не
получаем. Явления будут зависеть от направления расположения
частицы объекта, имеющей определенную форму. Если например
в препарате имеется нить, то можно показать, что при освещении
ее косыми параллельными лучами общий фронт дифрагированного
ею света может занимать различные положения по отношению
к объективу. При известных расположениях нити он не пройдет
через объектив, и нить не будет видна. Это явление часто воз¬
никает при движении частиц игольчатых кристаллов в жидкостях.
Нити то появляются, то исчезают. Если частицы имеют спирале¬
образную форму, обычно видны только ' некоторые их сечения.
Эти явления присущи „темному полю“. Они относятся к области
исследований, называемой ультрамикроскопией. Микроскопы, при¬
способленные для этих работ, называются ультрамикроскопами.
При этом методе могут обнаруживаться частицы размером ме¬
нее 4- 10 4 , не разрешаемые при светлом поле.
Один из методов повышения разрешающей силы заключается
в уменьшении длины волны света (К) — применение невидимых
лучей. Ультрафиолетовые лучи (X = 0,3 ц) требуют особых объек¬
тивов типа монохроматов, изготовляемых из кварца.
439
Типы микроскопов
Название
Применение
Характеристика опти¬
ческой системы
Характеристи¬
ка штатива
Биологиче¬
ские
Естествознание
(физика, бота¬
ника, зоология,
гистология),
медицина
Основная схема ми¬
кроскопа (объектив —
окуляр); системы: мо¬
нокулярные и бино¬
кулярные; наличие
осветительного аппа¬
рата (светлое и тем¬
ное поле)
Основные ти¬
пы:
1) курсовой,
2) универсаль¬
ный (моно-, би¬
нокулярный),
3) складной
Окуляр
440
%
Название
Применение
Характеристика опти¬
ческой системы
Характеристи¬
ка штатива
Минерало¬
гические
Минералогия,
кристаллогра¬
фия, петрогра¬
фия, кристалло¬
оптика
Специальная оптиче¬
ская система поляри¬
зационного типа
(ортоскоп, коноскоп,
простой и с телецен-
трическим ходом
лучей)
Специальный
тубус. Специ¬
альные столики
Me таллогра-
фические
(рис. 439)
Исследование
шлифов метал¬
лов (металло¬
графия)
Дополнительная оп¬
тическая система; на¬
личие спакиллюми-
наторов.
Объективы укорочен¬
ные, корригирован¬
ные на А = 190 мм
или на оо
Специальный
тип (принцип
Лешателье м
ДР-)
441
Продолжение
о
с d
SS
Название
Применение
Характеристика опти¬
ческой системы
Характеристи¬
ка штатива
4
Отсчетные
Измерительные
приборы (ком¬
параторы, опти¬
метры), произ¬
водственные
машины, физи¬
ческие при¬
боры
Основная схема
обыкновенная
Простой тубус
с микрометрен-
ным механиз¬
мом перемеще¬
ния нитей в
окулярах или с
отсчетными
шкалами; кре¬
пление по ме¬
сту
5
Специаль¬
ные
Физика, вете¬
ринария, про¬
мышленность
и пр.
Разные модификации
основной схемы
Специализиро¬
ван по назна¬
чению
Микроскопы, употребляемые для исследования кристаллов,
имеют специальное устройство: в них применяются поляризацион¬
ные призмы (поляризатор и анализатор) и кристаллические пла¬
стинки (компенсаторы разности хода). При помощи микроскопа
рассматривается не только сам препарат, но и вызванная им ин¬
терференционная картина поляризованного света. Компенсатор
дает возможность изучать эту картину качественно и количе¬
ственно. В последнем случае в поле зрения изображения находится
задняя фокальная плоскость объектива.
1. Типы микроскопов см. стр. 440—442.
2. Составные части основного микроскопа см. стр. 444—454*
§ 3. Разрешающая способность системы микроскопа
Предположим, что перед объективом помещен предмет, со¬
стоящий из комплекса отдельных самосветящихся точек (условие,,
редко имеющее место в действительном применении микроскопа).
Пусть на рис. 375 R и — входной и выходной зрачки всей
системы, дающей изображение, включая глаз, если имеют место
визуальные наблюдения. Пусть а и а' — предельные углы, обра¬
зуемые с осямй лучами, проходящими через осевые точки пред¬
мета и изображения. Тогда радиус диска Эри в изображении
равен (см. гл. I):
где длина волны света в пространстве изображения.
442
Чтобы найти размены h в плоскости объекта, который имеет
изображение величины h' (радиус диска Эри), в поле изображе¬
ния (предполагая, что в системе идеально выполнено условие
синусов), мы применяем отношение:
где л0 — длина волны света в воздухе, h будет наименьшим рас¬
стоянием двух точек в предмете, которые можно видеть в микро¬
скоп раздельно. Аббе назвал произведение я sin а нумерической
апертурой системы (обозначается А), откуда:
Из предыдущего видно, что един¬
ственной необходимой предпосылкой
данной оптической системы было удо¬
влетворение условия апланатизма, т. е.
равенства оптических путей от точки
предмета к точке изображения.
Визуальная разрешающая способ¬
ность. Как и в телескопах, визуальная
разрешающая способность требует, чтобы изображения двух точек
были представлены глазу под достаточной угловой величиной.
Если w будет углом наименьшей разрешаемой глазом детали, то
w = (наименьшая разрешаемая деталь в точке близи глаза) X
где Г — увеличение.
h есть расстояние, которое разрешается объективом физи¬
чески. Чтобы передать раздельность изображения под самым ма¬
лым углом, для визуальной разрешающей способности (скажем, V,
которая в дуговом измерении будет 0,00029) мы получим по
формуле:
Беря л0 = 0,00058 мм и ß = 250 мм, находим, что для мини¬
мально разрешаемой детали Г = 200 А.
На практике приходится рассматривать изображение под го¬
раздо более широким углом, чем V. Угол в 4' или 5' практи¬
чески выгоден, поэтому можно написать так:
Г = 200 А'Х (w в минутах).
443
Рис. 375.
откуда:
оставные части основного микроскопа
Примечания
f Характеристика
Типы
Название
Почти не употребляется
Каждая форма может быть
достаточно благоприятной при
соответственных размерах
1) Для простых работ
2) Взаимозаменяем с бино¬
кулярным
3) Редкая модель
Должны противостоять из¬
носу и обладать наибольшей
плавностью хода
Форма и вес должны гарантиро¬
вать устойчивое положение микро¬
скопа при вертикальном и горизон¬
тальном его положениях при пово¬
роте держателя тубуса около оси
ножки
С призматическим микровинтом
Механизм тонкого движения по¬
мещен внутри тубусодержателя, со
столом не связан и движет только
тубус относительно тубусодержателя
Определяющая величина-—меха¬
ническая длина тубуса—160, 170 мм
(континентальная система), 200,250мм
(английская система)
а)
1) Подковообразная (кон¬
тинентальная)
2) Треногая (английская)
1) Прямая колонка (устарев¬
шая)
2) Изогнутая колонка
1) Обыкновенный (внутр.
диам. 38,3 мм)
2) Широкий микрофотогра-
фический (диам. 50, 60, 70 мм)
с вытяжной частью
3) Двойной вытяжной
4) Бинокулярный
Зубчатая рейка на направ¬
ляющей тубуса и кремальера
в передней части тубусодер¬
жателя
Ножка
Тубусодержа-
тель
Тубус
Механизм
грубого дви¬
жения
I Постоянные части
Точность движения и от¬
счета на барабане —0,001,
0,002 мм
Ход — 2 - 4 мм
1 оборот ручки перемещает
тубус на 0,1 деления
Число делений на барабане—
50—100
Ввинчиваются в тубус, имеют
стандартную нарезку как для
тубуса, так и для объектива;
; ось вращения строго постоян¬
на и составляет угол в 25° с
оптической осью микроскопа
Имеет преимущество в от¬
ношении центричности
Имеют регулировку по на¬
правляющей ^для коррекции
центрировки объектива
Обе дают достаточно удовлетво¬
рительное движение и при хороших
материалах изнашиваются мало
Червячная шестерня соединена с
сердечником, имеющим спиральную
поверхность
Винт давит на конец рычага
Червяк и червячная шестерня
в виде сектора, закрепленного экс¬
центрично
Например: а) винт движет на¬
клонную плоскость; б) винт движет
шарик по наклонной плоскости
Система шестерен и рычаг с зуб¬
чатым сектором, образующие зубча¬
тый ряд
1) Направляющая в виде ла¬
сточкина хвоста, соединенная
с колодкой тубуса
2) Направляющая круглая, I
составляющая одно целое с ту¬
бусом
1) Червячные с эксцентри¬
ком
2) С микрометренным вин¬
том и рычагом
3) Червяк и червячная ше¬
стерня
4) Микрометренные с наклон¬
ными плоскостями
5) Зубчатые шестерни с ры¬
чагом
б) Съемные части без оптики
Для 2, 3, 4 объективов, открытые
и закрытые
Имеет щипцы с конусом, плотно
входящим в насадку тубуса, или при¬
винчиваемые к тубусу
Состоит из 2 частей: первая
ввинчена в тубус, вторая постоянно
соединена с объективом
1) Револьверы
2) Цанговая система
3) Насадки с направляющими
4) Насадка обыкновенная,
центрирующаяся
Механизм тон¬
кого движения
Приспособле¬
ния для смены
объективов
Продолжение
Примечания
Характеристика
Типы
Название
Объектные
столы
Объсктоводи-
тели
1) Постоянные
2) Центрируемые
3) Вращающиеся (без деле¬
ний и с делениями)
4) Вращающийся центрируе¬
мый
5) Крестовые (большие)
6) Большие микрофотографи-
ческие
1) Простые
2) С 2 шкалами
3) С 3 шкалами и упорами
Квадратные и круглые, несъем¬
ные
Круглые, несъемные; 2 микро-
метренные винта для движения и
1 стопорный. Вращение от-руки
Съемные и несъемные
Съемные; 2 микрометренные винта
для движения и 1 стопорный
С кремальерой и червяком; имеют
шкалы с нониусами (съемный)
Съемные, с большим отверстием
2 перпендикулярные движения без
отсчета
2 перпендикулярные движения
микрометренными винтами. Шкалы
с нониусом до 0,1 мм
То же, но с регулировкой упора
по шкале
Прикреплены постоянно к
кронштейну тубусодержателя;
в больших штативах — заме¬
няемые другими
Ход в одном направлении
30 мму в другом — 50 мм
Для простых микроскопов
Одно движение 35 мм} дру¬
гое — 50 мм
Регулируемый упор позво¬
ляет при снятии объекта точно
поставить его вновьчв то же
положени
Корригируются:
1) на определенную длину
тубуса (160, 170, 250 мм)
а) с покровным стеклом
б) без покровного стекла
2) для А = 190 мм обыкно¬
венно без покровного стекла
Все оправы имеют такую
длину, что расстояние от объ¬
екта до его изображения оста¬
ется постоянным
Для металл-микроскопов
Главным образом для галь¬
ванометра
Для коррекции толщины по¬
кровного стекла
Отсчетные содержат вместо
диафрагмы шкалу на стекле
или крестовину (съемную или
несъемную)
Апертура —от 0,1 до 0,96; увели¬
чение от Iх до 100х
Апертура— от 1 до 1,6; увеличе¬
ние от * до 140х
) По типу оправ:
Имеют международную резьбу
для ввинчивания в револьвер или
тубус. Известны 2 главные типа: на¬
сыпные и свинченные
Вместо резьбы могут иметь ко¬
нус или насадку. В остальном тип
тот же, иногда снабжается ручкой
То же
1 или 2 линзы внутри переме¬
щаются помощью кольца оправы,
имеющего червячный ход. Наруж¬
ная поверхность кольца имеет деле¬
ния, указывающие толщину покров¬
ного стекла
Обычный тип с диафрагмой
внутри. Внешний диаметр трубки —
38,3 мм. Увеличение —от 3х до 10х
а) Сухие системы (в воздухе)
б) Иммерсия (водяная, гли¬
цериновая, кедровое масло,
монобромонафталин)
2)
а) Обыкновенные
б) Укороченные
в) Узкие
г) Коррекционные
1) Гюйгенса
Объективы
Ахроматы, по-
луахроматы
(флюориты)
Апохроматы,
монохроматы
Окуляры
в) Части с оптикой
1) По типу оптической системы:
I
Продолжение
Примечания
Характеристика
Типы
2) Рамсдена
3) Ортоскопический
4) Компланатический
5) Компенсационный
6) С широким углом
7) Выправляющие
Специальные окулярные системы
1) Прямые, с регулировкой цент¬
ров окуляров по расстоянию глаз.
Окуляры с дополнительными линзами
и призмами, разделяющими изобра¬
жение на два
Винтовой окуляр с передвиж¬
ными нитями и микрометрен-
ным винтом с отсчетом на ба¬
рабане до 0,001 мм
Компенсирует хроматическую
ошибку апохроматов
Главным образом для мине¬
ралогического микроскопа
Для проекции и микрофото¬
графии
Вставляются в тубус вместо
I окуляра и закрепляются винтом
Бинокулярные
насадки
Название
Увеличение — от 2х до 10х; тип
обычный
Специальная конструкция, диа¬
фрагма внутри или снаружи
Увеличение — от 7х до 28х
Усложненный тип Гюйгенса
Конструкция Гюйгенса и орто-
скопическая, но с особыми сортами
стекла
Улучшенный тип Гюйгенса
Специальный тип (проекционный).
Иногда — отрицательная система (го-
мал)
Вставляются вместо окуляра
и зажимаются винтом
Требуют расположения верх¬
них краев тубуса обоих ми¬
кроскопов в одной горизон¬
тальной плоскости, для чего
удобно применять специаль¬
ные подставки под микроскопы
Надеваются на тубус вместо
окуляра, имеют выправляющую
поле линзу (систему), затвор,
боковой окуляр
Применяются без конденсор-
ного аппарата и вместе с ним,
а также с опак-иллюминато¬
ром
2) Наклонные, конструкция при¬
способлена для наблюдения под уг¬
лом к оси микроскопа 30°—45°— 60°
1) Простой тип Гюйгенса, с ука¬
зательной стрелкой (острие в плос¬
кости диафрагмы). Положение стрелки
регулируется
2) Для двух наблюдателей, с длин¬
ным коленом и регулируемой ука¬
зательной стрелкой
2-окулярная система для одного
наблюдателя в 2 микроскопа одно¬
временно, с разделяющими призмами
Тип Гюйгенса со специальными
шкалами и сетками в плоскости диа¬
фрагмы
а) С фотографической камерой
малого размера (4,5X6)
б) С фотографической камерой
большого размера (6X9 и 9Х 12)
д) Осветительные части для проходящего света
Двойное зеркало плоское и во¬
гнутое сферическое в одной оправе
По Тома, Бюркеру, Эрлиху
и др.
Демонстра¬
ционные оку¬
ляры
Сравнительные
окуляры
Счетные
Фотографи¬
ческие
|
Зеркала
Продолжение
Примечания
Диафрагмы в трубках имеют
одинаковый внешний диаметр
В очень простых микроскопах.
Имеет на поворачивающемся диске
3 — 5 отверстий равного диаметра
Цилиндрическая трубка с насад¬
ками, имеющими разные отверстия
Цилиндрическая трубка с пара¬
болической формы верхней частью,
имеющей отверстия
Обычного типа. Включается в кон¬
денсор поворотом на шарнире
Ирис в цилиндрической трубке.
Вставляется в гильзу конденсора.
Иногда продольно перемещается по
направляющим своей оправы
В цилиндрических оправах диам.
39 мм, с ирисовой диафрагмой пе¬
ред конденсорной частью
а) Усложненной оптической си¬
стемы из 4 — 5 линз, в той же трубке
б) 3-линзовые с одной асфери¬
ческой поверхностью
Те же, для применения с иммер¬
сией
Характеристика
Типы
Название
Диафрагма
(отдельно)
I Конденсоры
для светлого
поля
1) Револьверная
2) Цилиндрическая
3) Параболическая
%) Ирис плоский
5) Ирис цилиндрический
1) 2-линзовые и 3-линзовые
2) Апланатические
3) Иммерсионные
Употребляется на больших
штативах, движется микромет-
ренным винтом вертикально
по направляющим кронштейна
Сложная опти**еская система из
5 — 6 линз
а) Применяются в специальных
центрируемых оправах
б) Того же типа оправа, но при¬
меняется в качестве конденсора ми¬
крообъектив
Оптическая часть изготовлена из
кварца и флюорита
Универсальный аппарат с отки¬
дывающейся конденсорной частью и
откидываемым ирисом, имеющим про¬
дольное перемещение в направляю¬
щих; зеркало — внизу. Все части
центрируются
Имеет конденсор и цилиндриче¬
скую ирис-диафрагму; оба откиды¬
ваются на шарнире
Применяется с эксцентрически
расположенной диафрагмой, чаще
всего в осветительном аппарате Аббе
С параболичеедими отражатель¬
ными поверхностями (несколько ти¬
пов) и дисковой постоянной диа¬
фрагмой, закрывающей середину
Только с отражательными поверх¬
ностями, расположенными определен¬
ным образом, и диафрагмой, анало¬
гичной предыдущей
4) Апохроматические
1) Для невидимых лучей
2) Аппарат Аббе
3) Сменный конденсор
1) Простой
2) Параболоидный
3) Кардиоидконденсор
Осветительные
аппараты
Конденсоры
для темного
поля
Продолжение
Примечания
Характеристика
Типы
Название
е) Осветители для отраженного света
(для непрозрачных объектов)
Сферическое зеркалр
1а) С зеркалом
16) С призмой
2) Универсальный
3) Ультра-опак. Поляриза¬
ционный иллюминатор
Зеркало с отверстием ввинчи¬
вается в револьвер или тубус. Объ¬
ектив ввинчивается в зеркало
Параболическое металлическое
зеркало, устанавливается винтом, дает j
косое освещение
Для косого освещения сходящимся
пучком, имеет источник света диа¬
фрагмой, иногда вместе с призмой
применяется зеркало
Ввинчивается в тубус
Объектив ввинчивается в иллю¬
минатор. Свет от источника входит
сбоку через диафрагму и проходит
через объектив, отражаясь от стекол
пластинки (Бек) или призмы (Наше).
У Бека призма занимает половину
отверстия объектива
Совмещает оба рода (Бек и Наше).
Имеет 2 диафрагмы. Источник света
внутри
Опак-иллюминатор с николем, по¬
мещаемым между осветительной лин¬
зой и зеркалом (призмой)
Зеркало
Либеркюна и
др.
Зеркало
Метцнера
Призма Хауве-
ра и др.
Опак-иллюми-
нато р
Призмы Николя, Аренса, Франка-
Риттера в оправах, вставленных в
нижнюю часть конденсора
То же, но вставляемые в тубус
после объектива, или в окудяр
Соединение николя с конденсором
в одной оправе
Универсальный аппарат, содержа¬
щий конденсор (разъемный), николь,
диафрагмы, источник света. Все части
регулируются
Конденсор с призмой Амичи и
зеркалом
а) Для видимой части спектра
б) Для ультрафиолетовой части
спектра
Содержит спектральные призмы
и поляризатор в одной оправе
а) Слюдяной, гипсовый, кварце¬
вый и другие: пластинки, вырезан¬
ные в определенном направлении от¬
носительно оси кристалла и дающие
определенную разность хода. Встав¬
ляются в тубус или окуляр
б) Переменные с регулируемой
разностью хода: обыкновенные клинья
и движущиеся; универсальные (Ба¬
бине, Солея, Берека|и др.); вставля¬
ются так же, 1 регулируются винтом
с отсчетом на шкале
1) Поляризатор
2) Анализатор
3) Поляризационный конден¬
сор
4) Поляризационный аппарат
5) Спектральный конденсор
6) Монохроматоры
7) Спектрополяризационный
аппарат
8) Компенсаторы
Поляризацион¬
ные и спектро¬
скопические
осветительные
части
Продолжение
Примечания
Характеристика
Помещаются на столике ми¬
кроскопа
Шкалы на стеклянных пластин¬
ках (цена деления — ОД — 0,001)
Употребляются вместе с измери¬
тельными окулярами
Точно изготовленные стеклянные
чашки или точные прямоугольные
вырезы с сетками, с принадлежно¬
стями для установки и наполнения
Старые способы, ныне почти не
употребляемые. Устанавливаются за
окуляром
Несколько типоз
Прикрывает половину окуляра и
переносит мнимое изображение на
стол в направлении, составляюще\
угол 30° с осью
Окуляр, снабженный рисовальной
призмой, регулируемой винтом
а) Малый, со стеклянным кубикок
и малым зеркалом
б) Большой, универсальный, сс
сменными кубиками с различным1
принадлежностями. Надевается н<
тубус над окуляром
ж) Вспомогательные принадлежности
3) Рисовальный окуляр
4) Аппарат Аббе
2) Счетные камеры
а) Тома, б) Бюркера
в) Тюрка, г) Эрлиха
д) Горяева и др.
1) Зеркало; обыкновенная
призма
2) Рисовальная призма
1) Микрометры
Измеритель¬
ные принад¬
лежности
Рисовальные
приборы
Типы
Название
Если мы работаем с Л=1,2 и хотим иметь w = чтобы
иметь удобное наблюдение, необходимо увеличение 720х. Тре¬
буемый окуляр можно тогда легко вычислить из формулы:
скопах часто употребляют большую долю увеличения „впустую“,
в противоположность случаю телескопических простых и призмен¬
ных систем, где увеличение обычно даже приблизительно не до¬
статочно велико для использования полной разрешающей силы
системы.
Величина выходного зрачка и измерение увеличения. Пред¬
положим, что R и Rx (рис. 376) — осевые точки входного и вы¬
ходного зрачков оптической системы микроскопа, тогда как В
и Вг — осевые точки предмета и изображения. Крайний луч от В
проходит через поле цыходного зрачка после преломления систе¬
мой; так как входной и выходной зрачки сопряжены, то лучи
должны направляться в Bv Если h и hr будут размерами пред¬
мета и изображения, то:
nh sin а = nrhr sin а.
Но п sin а = А, и с достаточным приближением, так как RR1
велико:
Возьмем для примера случай, в котором Г =750 и // = 2 мм.
Тогда:
Нередко работают с увеличением значительно большим, чем
необходимо из изложенных выше соображений, и потому в микро-
Увеличение окуляра будет:
Рис. 376.
Из отношения синусов получается:
= (in'pr) X (угол разрешения глазом изображения, взятый из
центра выходного зрачка). 1
Тогда:
X (угол разрешения глазом изображения).
Но A/ß— величина угла разрешения глазом предмета, устано¬
вленного в точке близи. Отсюда, раз пг — 1:
угол разрешения изображения
— = увеличение.
угол разрешения предмета
Раз мы нашли минимальную величину для необходимого уве¬
личения, то:
Величина ß для нормального глаза составляет 250 мм, так
что рг должен тогда быть равен 1,25 мм, или диаметр зрачка
выхода микроскопа должен быть самое большее 2,5 мм, если все
детали разрешаются глазом. Как выше показано, выгодно приме¬
нять увеличение в 4 или в 5 раз большее, так чтобы диаметр вы¬
ходного зрачка был не меньше 0,5 мм.
Глубина фокуса в пространстве предмета. Пусть на рис. 377
В и В' — сопряженные точки, для которых параксиальный и
краевой оптические пути равны. Мы можем переместить точку
предмета к В вдоль оси в точку Ви так чтобы разница оптиче¬
ских путей параксиального и краевого лучей была не более Х/4.
Этот допуск был указан Релеем на основе теории. Соединим Вх
и Я, пробедем ВС перпендикулярно ВгР.
1 Мы интересуемся только цифровыми отношениями, а не углами.
456
Рис. 377.
Пренебрегая малыми второго порядка, мы найдем, что разница
увеличения осевого пути и увеличения краевого пути равна:
Обозначив ВХВ = dxy мы получаем:
, . 0 ос
разница оптического пути = 2 пах smJ —
*
Если допуск ± —:
где Х0 — длина волны света в воздухе. По этой формуле мы и
можем вычислить глубину фокуса (табл. 75).
Таблица 75
Общая глубина фокуса
Нумерическая
апертура объек¬
тива А
Глубина фокуса
в воздухе
мм
Глубина фокуса в среде
с показателем прелом¬
ления 1,5
мм
0,25
0,0079
0,0122
0,50
0,0019
0,0030
0,75
0,0008
0,0013
1,00
—
0,0007
1,25
V
0,0004
Глубина фокуса в изображении зависит от апертуры конвер¬
гентного луча. У средних объективов она может быть порядка 1
или 2 мм. Если применяется проекционный окуляр для получе¬
ния изображения на фотографической пластинке, то глубина фо¬
куса в последнем изображении будет значительно больше благо¬
даря очень малым угловым апертурам конвергентных пучков
лучей; она может быть в несколько десятков миллиметров. Это
относится только к случаям, когда фокусировка изображения
производится передвижением фотографической пластинки.
§ 4. Внешние механические и съемные части микроскопа
1. Ножка. Большей частью подковообразной формы, «в виде
буквы П или Д (рис. 378),—континентальная форма; имеет
широкую опорную плоскость, стоит на 3 выступах; иногда под¬
клеивается сукно.
457
К ножке крепится тубусодержатель (рама, станина) микро¬
скопа на стальной оси. Ножка имеет либо 2 кронштейна, либо
один; в последнем случае тубусодержатель входит в него нижним
прорезом.
Для фиксации вертикального и горизонтального положений
имеются винты.
Рис. 378.
Рис. 379. Рис. 380.
с рукоятками, выведенными наружу. Верхняя часть содержит напра¬
вляющие для тонкого движения. Тубусодержатель часто служит
ручкой (если нет специальной ручки). Изготовляется из бронзы.
Форма имеет большое значение. Основные требования: жест¬
кость массивность (для избежания вибраций), достаточная изо-'
Тугость хода тубусодержателя регулируется гайкой (ключом).
В некоторых микроскопах тубусодержатель зажимается рычагом.
Английская форма ножки—на 3 ногах (рис. 379).
2. Тубусодержатель. Рама, несущая тубус и стол микроскопа
(рис. 380); внизу часть имеет направляющую для движения освети¬
тельного прибора. Рама — полая или
сплошная; внутри расположен меха¬
низм для тонкого движения тубуса
гнутость внизу (для освобождения достаточно большого про¬
странства вокруг предметного столика).
3. Тубус. Труба, несущая объективную и окулярную часть.
Обыкновенно тубус имеет диаметр 25 мм, широкий (для микро¬
фотографии и проекции)—50, 60 мм.
Часто снабжается внутренним вытяжным тубусом (труба, иногда
хромированная) с делениями (от 50 до 200 мм) через 1 мм и
цифрами внизу; часто имеет нарезку (международная, см. стр. 473).
Соединение обоих тубусов—через насадку, ввинченную в наруж¬
ный тубус. Внутренний диаметр выдвижного тубуса—обычно 25 мм
(стандартный); этот же диаметр имеет насадка, если нет вытяж¬
ного тубуса. Изготовляется из латунной трубы. Внутренность—
матово-черная.
Преимущества конструкций с вытяжным тубусом: 1) возмож¬
ность пользования объективами без коррекционных оправ (см.
ниже—Объективы); 2) возможность применения объективов, рас¬
считанных на иную длину тубуса; 3) подгонка увеличения мик¬
роскопа (например к целому числу).
Механическая длина тубуса—расстояние от верхнего края
до упорной плоскости объектива—величина постоянная (±0,5 мм),
равная 160 или 170 мм (континентальная система) и 200 или 250 мм
(английская система).
Оптическая длина тубуса—см. гл. I.
Тубус изготовляется из трубы, профильного, трубчатого ма¬
териала или горячей прессовки. Наружная поверхность большей
астью лакирована.
С тубусом соединены направляющие для грубого движения
(см. ниже).
В нижней части тубус имеет нарезку (международная, см.
стр. 473) для ввинчивания объективов или револьвера.
4. Система для грубого движения тубуса. Осуществляется
помощью кремальеры, на оси которой посажено зубчатое колесо
(диаметр—4—6 мм). Ось и зубчатка—стальные. Колесо движет
зубчатую рейку (бронза), свинченную с ползуном тубуса, ходя¬
щим в передней направляющей тубу со держателя. Ось зубчатки
расположена в подшипниках части, прикрепленной винтом к ту-
бусодержателю. „Игра“ между зубчаткой и рейкой не допускается.
Тугость хода проверяется нагрузкой на тубус груза в 1/2 кг при
объективе, наведенном на объект; в течение */2—1 часа никакое
смещение не допускается.
Плавность хода при достаточной легкости осуществляется
благодаря косым зубцам зацепления (угол 14—20°). Зацепление—
большей частью типа V (фау). Ширина рейки — 4,5—5 мм. За¬
крепление—2 винтами (иногда подложена фольга). Материал рейки
должен наиболее противостоять износу. Число зубцов колеса—
12—15.
Так как нагрузка бывает разная (разные насадочные части),
тугость хода регулируется или поджимом винтов кремальеры (пер¬
459
вая система) или увеличением трения в кремальере путем пово¬
рота рукоятки в застопоренном состоянии (вторая система).
В некоторых микроскопах имеются для этого добавочные винты.
5. Система для тонкого движения ту¬
буса. Старая (почти не применяемая) си¬
стема — призматический винт — простая
микрометренная подача (рис. 381).
Система Бергнера—с большими или
меньшими изменениями применяемая во всех
современных механизмах. Бесконечный винт
сцеплен с 2 колесами. Одно из них сцеп¬
лено с конической зубчаткой, двигающей
микрометренный винт, толкающий тубус.
Мертвый ход выбирается пружиной. Ру¬
коятка винта снабжена делениями: 1 деле¬
ние = 0,002 мм; всего 50 делений. Общее
перемещение при 1 обороте равно 0,1 мм.
Современные механизмы комбинируют не¬
сколько принципов.
а) Червячная система (с эксцентри¬
ком) (рис. 382). Червяк в виде бесконеч¬
ного винта соединяется с шестерней, чаще
всего двойной (Лейтц, Рейхерт), прижатой к нему пружицой либо
к одной стороне зубца либо к обеим. Пружина в обоих случаях
выбирает мертвый ход. Червяк регулируется в продольном напра¬
влении спиральной пружиной.
Рис. 381.
С шестерней на одной оси соединен эксцентрик, например
сердцеобразное тело (Лейтц); поверхности их образуют две спи¬
ральные кривые со сдвинутыми на одинаковую величину центрами.
К эксцентрику прилегает ролик, соединенный с ползуном, дви¬
жущимся в направляющей тубу содержателя. Вертикальная спи¬
ральная пружина давит на ползун вниз и устраняет слабину
460
Рис. 382.
при всех положениях ролика. Движение вверх и вниз произво¬
дится при вращении рукоятки червяка в одну сторону.
В механизме Лейтца зубчатка имеет 50 зубцов. При пово¬
роте на 30 зубцов тубус подвигается на 3 мм (0,1 мм—при по¬
вороте на 1 зубец). Так как барабан рукоятки разделен на 100
0,1
частей, то поворот на 1#деление дает движение тубуса на •—— =.
= 0,001 мм.
Механизм Рейхерта отличается главным образом формой
эксцентрика. Данные его те же, что и у Лейтца, но барабан раз¬
делен на 50 частей (1 де¬
ление соответствует пе¬
ремещению тубуса на
0,002 мм)'.
Аналогично устроен ме¬
ханизм Користка (Ита¬
лия).
Механизмы с обыкно¬
венным микрометренным
винтом устраиваются раз¬
но. Примером может слу-.
жить система с наклон¬
ной плоскостью и шари¬
ком (Лейтц). Шдрик да¬
влением торцевой пло¬
щадки микрометренного
винта перемещается по
наклонной плоскости и
при этом производит да¬
вление на горизонталь¬
ную площадку, соединенную с ползуном тубуса. Мертвый ход вы¬
бирается вертикальной пружиной тубусодержателя.
Наибольшее применение нашли механизмы с рычагом, осуще¬
ствленные весьма разнообразно:
1) рычаг и микрометренный винт,
2) рычаг и червяк,
3) рычаг и зубчатки.
б) Механизм Винкеля (рис. 383). Микрометренный винт £
давит уступом QL на конец неравноплечего рычага Н (1 :3), по¬
ворачивающегося около оси, прикрепленной к тубусодержателю G
и давящей своим другим концом через штифт на ползун Sch.
На том же принципе устроен механизм Ватсона в двух ва¬
риантах для разного расположения рукояток (барабанов). 1 обо¬
рот соответствует перемещению тубуса в п/13 мм.
в) Механизм Бауш и Ломба. Червячная шестерня большого
радиуса вырезана в виде сектора. Верхняя ее часть образует
рычаг (1:3), давящий через шарик на ползун. Мертвый ход вы¬
бирается вертикальной пружиной.
461
Рис. 383.
г) Механизм Мейера (Цейсса) (рис. 384 а и б). Рычаг (1:3)
имеет на длинном конце зубчатый сектор, сцепленный с зубчат¬
кой. Система следующих
зубчаток передает вра¬
щение на горизонталь¬
ную ось, связанную с ба¬
рабаном (рукоятка). Ко¬
роткий конец удержи¬
вается прижимной пру¬
жиной. Осью служит кли¬
нообразный стержень, на
который рычаг опирается
своим прорезом. На верх¬
нюю поверхность длин¬
ного плеча рычага опи*
рается штифт с остриями,
прижимаемый пружиной
к рычагу. Верхний ко¬
нец штифта упирается
в гнездо ползуна, соеди¬
ненного с тубусом и хо¬
дящего в направляющей
тубусодержателя. Верх¬
няя спиральная пружина
прижимает его вниз и тем
выбирает мертвый ход
во всех зацеплениях.
Число зубцов шестерен показано на схеме рис. 384 а. Поворот
оси (барабана) на 1 оборот поворачивает рычаг около оси на
Рис. 384а.
Рис. 3846.
10-10-10 1 Ä
50 - 50 - 173— = 4325 полной 0КРУЖН0СТИ> т- е- на Угол 0>014 •
Общий возможный поворот определяется углом зубчатого сектора
462
и составляет —- = 0,0867 окружности, т. е. 31°12'36". Однако
I/o
этот угол полностью не используется, так как упоры ограничи¬
вают движение шестерен. Действующий угол составляет 14°36Л
в рбе стороны от среднего положения, что соответствует 25 000-
ротам оси.
Упором служит шайба с кулачком, сидящая на одной оси
с шестерней. К концам оси прикреплены рукоятки. Одна из них
имеет барабан с делениями (50 делений), с ценой деления
0,002 мм. Общее перемещение тубуса составляет 0,2 мм.
Испытание точности механизмов известных фирм показывает,
что все они в пределах требуемой точности (0,1—0,2 деления)
имеют весьма небольшие ошибки.
Рис. 385. Рис. 386.
Кроме того механизм тонкого движения должен характери¬
зоваться наименьшим износом частей. Для этой цели механизм
испытывается на непрерывное действие вращением от мотора
поочередно в ту и другую сторону 500 000—600 000 раз. Боль¬
шое влияние на износоупорность имеет хорошее специальное ка¬
чество материалов деталей; другие источники ошибок устра¬
няются тбчным изготовлением.
Мертвый ход во всех механизмах в достаточной степени устра¬
нен пружинами.
6. Приспособления для смены объективов, а) Револьверы.
Для большинства случаев применяется револьвер на 2, 3, 4
объектива. Он состоит из части, ввинчиваемой ключом в тубус
микроскопа (насадка, рис. 385), в которую ввинчивается либо
изогнутая пластинка крестообразной формы, либо часть в виде
тарелки (рис. 386). Та и другая имеют отверстие (по диаметру
объектива и насадки) с резьбой (стандартная нарезка—см. ниже)*
В центре имеется коническая часть, точно пришлифованная
к соответствующему отверстию нижней части револьвера. Край
пластинки прилегает к краю нижней части, так что благодаря
форме обоих, ^пространство внутри револьвера совершенно за¬
крыто, и ни посторонний свет ни пыль не проникают.
Высота револьвера (от края тубуса до нижнего края отвер¬
стия объектива) постоянна. Для микроскопов с механической
длиной тубуса 160 мм она составляет 15 мм. Пригонка обеих
частей револьвера должна быть весьма тщательной. Вращать его
надо не за объективы, так как от этого
он скоро изнашивается и теряет центри¬
ровку, а за наружный край барабана.
Рис. 387.
б) Цанговое устройство (щипцы) (рис. 387). Применяют
главным образом в тех случаях, когда приходится часто менять
объектив. Кроме того в отношении центрировки это устройство
точнее револьверного типа. Объектив в специальной обойме
Рис. 388.
вставляется в насадку тубуса и направляется конусом. Центри¬
ровка его производится 3 винтами, вращаемыми специальными
ключами. При цанговой системе часть, ввинчивающаяся в тубус,
соединена с пружинящими щипцами; нижний рычаг последних имеет
полукольцо, в которое входит плотно пригнанное насадочное
кольцо, ввинченное в объектив. Для вставления объектива надо
464
сжать щипцы. При разжиме объектив плотно входит в кониче¬
скую часть кольца и оказывается точно установленным по опти¬
ческой оси тубуса.
в) Приспособление с направляюш,ими (центрируемое) (рис. 388)
состоит из части, ввинчиваемой в тубус и имеющей точные
шлифованные направляющие, в которую вставляется часть с соот¬
ветственными полозьями, постоянно соединенными с объективом.
Плоскость направляющих не перпендикулярна оси тубуса, а со¬
ставляет с ней угол 84°. Открытая их часть (для вставления
объектива) обычно обращена в сторону от наблюдателя или« бок.
Полозья также устроены в бок, так что при его вынимании объек¬
тив приподнимается над препаратом, и опасности повредить
последний нет. Для точной центрировки направляющие имеют
упоры с квадратной головкой. Вращая винты специальным часо-
щым ключом, можно отрегулировать их положение и таким обра-
Рис. 389. Рис. 390.
3QM центрировать объектив. Упсры регулируют объектив в двух
перпендикулярных направлениях. Объективы укладываются в свои
футляры вместе с насадкой, поэтому центрировка не сбивается.
Кроме того автоматически они оказываются на требуемом (для
данного фокусного расстояния объектива) расстоянии от объек¬
тива.
Центрируемое приспособление удлиняет тубус более, чем ре¬
вольвер, именно на 18 мм, что компенсируется вытяжением ту¬
буса на 3 мм больше. Это приспособление дает наивысшую точ¬
ность установки объектива (центрировка) и применяется главным
образом с большим крестовым столиком (см. ниже).
Иногда микроскоп применяют без, приспособлений для смены
объективов, ввинчивая последние прямо в насадку тубуса, каж¬
дый отдельно.
7. Объектные столики, а) Простые (постоянные) столики
(рис. 389), привинченные обычно к кронштейну (или просто ниж¬
ней части) тубусодержателя: квадратные, прямоугольные (в спе¬
циальных типах), круглые. Имеют отверстия для лапок, держащих
препарат на столе. Плоскость должна быть глалкой и точно
перпендикулярной оси микроскопа. Она обыкновенно или окси¬
дирована (латунь), или эмалирована, или покрыта слоем эбонита.
В центре—круглое отверстие от 20 до 35 мм, в которое вста¬
вляется диафрагма. Никакие щели (зазор) не допускаются. Раз-
30 Зак. 3730. Справочн. кн. оптико-механика. 405
меры столиков — от 75 до 100 мм. Лапки для препарата вста¬
вляются штифтами (штепсель) в столик.
б) Центрирующиеся (постоянные) столики (рис. 390). Обычна
состоят из 3 частей. Верхняя часть движется от действия винтов,
давящих на ее насадку (втулку). Последняя имеет две плоскости
(срез) и фиксирующий прорез. Нижняя (третья) часть привинчи¬
вается к кронштейну (обычно 2 винта и 2 фиксирующие штифта).
Она имеет круглые прорезы для движения в ней выступов в верх¬
ней части, 2 отверстия для центрирующих винтов в 1—для сто¬
порного винта (последнее делается косо). Ход винтов—обыкно¬
венно около 5 мм (ограничен прорезом).
в) Вращающиеся столики, почти всегда также и центрирую¬
щиеся. Устанавливаются на промежуточную (центрирующую) часть,
привинчиваемую к крон¬
штейну тубусодержателя.
Эта часть дает возмож¬
ность заменять один сто¬
лик другим. Вращение
столика происходит во¬
круг насадки, вставленной
в центрирующую часть.
Иногда имеются градус¬
ные деления с верньером
и без него для отсчета
поворота. Точность от¬
счета — не менее 1®
(с верньером б—10').
г) Большие кресто¬
вые с,толы. Служат для
точной фиксации и пере¬
движения препаратам с отсчетом его положения %а шкалах (с точ¬
ностью до 0,1 мм). Нижняя часть представляет столик, центри¬
рующийся и вращающийся (если он круглый). На ней устроены
продольные направляющие (рис. 391), по которым ходит верхняя
часть, движимая микрометреннЫм винтом. По направляющим хо¬
дит другая часть, имеющая вторые направляющие, перпендику¬
лярно первым, по которым ходит движимый винтом объектодер-
жатель. Препарат зажимается между двумя упорами; один из них
переставляется в зависимости от длины препарата. Первое (ниж¬
нее движение) производится в пределах 35 мм, второе—55 мм.
Оба движения отсчитываются на шкалах с нониусом (0,1 мм),
третья шкала дает отсчет положения упора. Движения а^ожно
выключить рычагом и зажать столик в определенном положении.
При снятии препарата его можно поставить точно в прежнее
положение. Освободив винт, можно снять верхнюю часть, и стол
делается обыкновенным центрирующимся (и вращающимся—в слу¬
чае круглого).
Для быстрой центрировки стола к нему прилагается пластинка
466
Рис. 391.
(стеклянная) с крестовиной. На ней нанесены положения шкал
(/, //, III). После установки шкал центрируют столик, наблюдая
совмещение крестовины с крестом окуляра микроскопа. Если
Рис. 392.
Ври вращении центры крестов не расходятся, столик вполне
центрирован для данного объектива. При другом объективе надо
Рис 393.
центрировать последний, для чего следует применять приспосо¬
бления для центрировки объектива (см. выше).
Стол легко снимается. Для этого сначала вывинчивают центри¬
зм 467
рующие винты (пока стол не потеряет подвижности), затем легко
отдавливают верхнюю часть вперед, выведя fee из центрирующей
части, и, двигая вверх, вынимают. При вставлении штифт при¬
жимной буксы должен попасть в выемку кольца и отдавли¬
ваться.
На рис. 392 изображей оригинальный крестовый стол прямо¬
угольной формы фирмы Кремп.
8. Препаратоводители (столы с малым крестовым ходом)
(рис. 393). Почти заменяют большой крестовый стол. Наклады¬
ваются на простые столы, вста¬
вляются штифтами и завинчи¬
ваются винтами. Движение
большей частью производится
кремальерой. Пределы движе¬
ния и точность отсчетов—те
же, что и у больших кресто¬
вых столов.
9. Перкираторы. Служат
для автоматической подачи пре¬
парата на определенный интер¬
вал, который можно регулиро¬
вать. Движение осуществляется
нижним рычагом. Применяются
главным образом для счетных
целей. Для тех же целей в ряде
специальных случаев приме¬
няются приборы, называемые
интеграторами и имеющие
разные устройства, как напри¬
мер интегратор Глаголева,
Лейтца и др.
За последние 2 — 3 года
было выпущено разными фир¬
мами немало новых типов ми¬
кроскопов. В некоторых из них
применены новые принципы
оформления. Фирма Цейсс вы¬
пустила серию микроскопов совершенно новых конструкций. Ха¬
рактерная их особенность—расположение рукояток грубого и тон¬
кого движения внизу у ножки, что дает возможность не держать руки
„навесу". В некоторых моделях (рис. 393а) микроскоп почти не
имеет тубуса. Кремальерное и тонкое движения двигают рукоятку
микроскопа (тубусодержатель), имеющую специальную форму. Не¬
достаток этой конструкции в том, что при переноске его за ручку
микроскоп повисает на механизмах перемещения, что вначале счи¬
талось крайне неблагоприятным. В данном случае это обстоятельство
не столь вредно, так как механизм Мейера, пх имененный здесь,
почти не страдает. Ручка изогнута настолько, что на предметном
468
Рис. 393а.
столе остается много свободного места, но это приводит к необ¬
ходимости применения косого окулярного колена, что также
удобно. В соответствии с такой конструкцией штатив не имеет
наклонов. Подобная же модель изготовляется с несколькими оку¬
лярными коленами, например четырьмя. В других типах конструк¬
ция штатива—почти прежнего типа, но рукоятка тонкого движения
помещена внизу.
§ 5. Оптические части микроскопа
1. Объективы. А. По роду оптической системы объективы
разделяются на:
1) сухие системы,
2) иммерсионные системы.
Последние подразделяются на системы: водяная иммерсия,
масляная (гомогенная) иммерсия (кедровое масло), глицериновая
иммерсия (для ультрафиолетовых лучей), монобромнафталиновая
иммерсия.
Среда, разделяющая объектив и препарат, определяет наи¬
большую возможную апертуру объектива, а именно:
Иммерсия Апертура
Водяная (дестиллированная вода) 1,3
Масляная (кедровое масло) 1,4 —1,45
Глицериновая (глицерин химически чистый) . . 1,58—1,6
Монобромнафталиновая • 1,7 —1,75
Величина наименьшей различаемой в микроскоп детали опре¬
деляется апертурой объектива.
Сложность оптической системы возрастает с увеличением
апертуры (рис. 394). Кроме того по типу коррекции объективы
разделяются на:
1) ахроматы,
2) полуахроматы (флюориты),
3) апохроматы.
Апохроматы обладают значительным преимуществом перед
ахроматами, главным образом в хроматическом отношении (вто¬
ричный спектр), но имеют неустранимую ошибку хроматизма
увеличения, которая компенсируется специальным окуляром —
компенсационным окуляром (см. ниже). Последний применяется
только с апохроматами, иногда с сильным ахроматом. Хроматизм
увеличения у всех апохроматов находится в пределах 2 — 4°/0.
Монохроматы рассчитываются на определенную длину волны,
большей частью короткую (X = 0,0004 tx), и применяются для
работы с невидимым светом (фотография).
Объективы рассчитываются на определенную оптическую длину
тубуса (см. гл. I), приведенную к механической длине тубуса
(см. § 4).
Для металлографического микроскопа (большей частью — апо¬
469
хроматы) объективы рассчитываются на длину тубуса в 190 мм
или на бесконечность.
Изготовление оптических элементов объектива требует боль¬
шой точности. Они должны быть также точно центрированы по
отражению точки от :полированных поверхностей (см. гл. XXV).
Для ультрафиолетовых лучей линзы объективов делаются из
изотропного, плавленого кварца и флюорита.
Фокусные расстояния объективов, определяющие их собственное
увеличение (см. гл. 1), всегда уменьшаются вместе с апертурой;
увеличение соответственно увеличивается, поле же зрения соот¬
ветственно уменьшается. Разрешающая сила, зависящая от апер¬
туры, в хорошо исполненном объективе должна соответствовать
расчетной.
В табл. 76 приведены все данные для нормального набора
объективов.
Таблица 76
Апохроматические объективы нормального набора для биологи¬
ческого микроскопа
Типы
объективов
Сухие системы
Водяная имм.
Однородная
имм
Сухие системы <
'Водяная имм.
Однородная
имм. . . .
1. Длина тубуса — 160 мм
2. Длина тубуса —190 мм
Объективы (большинство) корригируются для определенной
толщины покровного стекла (0,1—0,2 мм), в некоторых случаях
(например для металлографии) — без покровного стекла. При
изменении толщины покровного стекла ошибку можно корриги-
Рис. 394.
ровать изменением длины тубуса или коррекционной оправой
объектива. Измерение толщины покровного стекла производится
специальным прибором.
Б. По роду оправ объективы разделяются на:
1) обыкновенные,
2) укороченнце (для металлографического микроскопа),
3) узкие (например для гальванометра),
4) коррекционные (коррекции толщины покровного стекла),
5) выдвижные (для слабых увеличений — 1^— 2х),
6) развинчивающиеся (сменное увеличение — Iх — 5х).
По технологическим признакам можно
выделить два основных типа оправ:
1) свинчивающиеся (рис. 395),
2) насыпные (рис. 394).
Рис. 395.
Рис. 396.
Оба типа дают один и. тот же результат. Выбор типа зависит
только от производственных приемов и привычек. В свинчиваю¬
щихся оправах все оправки оптических элементов ввинчены в соот¬
471
ветствующие места корпуса объектива. Правильная их центрировка
в корпусе достигается подточкой упора частей оправок, после того
как линза предварительно точно сцентрирована в своих оправах
по оптическому изображению. Центрировка корпуса объектива
производится по оптическому изображению источника света
(лампы накаливания). Последняя линза (фронтальная) „залавли¬
вается“ в оправу корпуса. Она может быть задавлена либо меха¬
нически (зажимом) лйбо весьма легкоплавким припоем, или же
закреплена электролитическим способом (посредством осаждения
меди на край оправы).
Насыпные оправы не содержат никаких свинчивающихся
частей. Линзы, центрированные в своих оправах, имеющих точные
(± 0,005) внешний диаметр и высоту, вкладываются в корпус
объектива и отделяются друг от друга требуемым расстоянием
с помощью калиброванных колец. Пружинка, находящаяся в верх¬
ней части, навинченной на корпус и образующей наружное
кольцо объектива, нажимает на всю (насыпную) систему и удер¬
живает ее,.« определенном положении. Последняя (фронтальная)
линза зажимается тем же способом, что и в свинчивающихся
оправах.
Оправы этих двух родов могут быть любого из перечисленных
выше типов, кроме трех последних, которые всегда имеют спе¬
циальную конструкцию.
Коррекционная оправа (рис. 396) имеет целью посредством
передвижения оптических элементов корригировать качество
объективов в зависимости от толщины покровного стекла пре¬
парата. При этом изображение соответственно передвигается
(в пределах 10—15 мм), в связи с чем меняется и собственное
увеличение объектива. Перемещение линз производится передвиже¬
нием наружного кольца.
Если толщина покровного стекла известна, то необходимо
лишь установить индекс (нанесенный на верхней части оправы>
на том делении, которое указывает соответственную толщину
покровного стекла. Внешнее кольцо, для удобства его вращения,
обычно снабжается накаткой (1—»2), нанесенной на выступах,
цилиндра.
Компенсационные оправы делаются как у ахроматов, так и
у апохроматов. Наличие такой оправы освобождает от необходи¬
мости изменять длину тубуса микроскопа для компенсации ошибок
в изображении, получающихся вследствие изменения толщины
покровного стекла против расчетной.
Выдвижные оправы применяются только для слабых увеличений
(Iх — 5х) и обычно дают пределы от 1хдо 1,5х, от 2х до 3х, от
3х до 5х и др. В этих оправах обе части свинчены длинной
нарезкой; вывинчивание нижней части ведет к сдвиганию и раз*
двиганию двух оптических элементов, вследствие чего изменяется
фокусное расстояние объектива (и следовательно увеличение)
472
Качество изображения при этом ухудшается, но при слабой
апертуре и малом увеличении это ухудшение практически мало
заметно.
Развинчивающиеся оправы дают тип объектива, у которого
фокусное расстояние (и увеличение) изменяется путем добавления
к основной систёме дополнительных линз (насадки). Этого рода
объективы применяются с большими пределами изменения увели-
чения. Так например в объективе Буша имеются 3 насадки,
дающие при навинчивании каждой соответственно увеличения:
1,5х, 3х, 5х. Качество этих объективов невысокое, кроме того
центрировка в них обеспечена весьма слабо.
Все объективы рассчитываются на определенную длину тубуса>
имеющую разные величины у разных фирм (например: ВООМП —
160 мм, Цейсс —160 мм, Ватсон, Користка, Рейхерт и др.—*
160 мм, Лейтц —170 мм, Спенсер, Бек — 250 мм и т. д.).
Поэтому применение для одного и того же штатива объективов
разных фирм осуществимо только в том случае, если выдвижной
тубус дает возможность установить требуемую длину тубуса.
Все объективы имеют одинаковую внешнюю нарезку соответ¬
ственно нарезкам в тубусе *и револьвере — так называемую*
международную нарезку. Элементы этой нарезки с допустимыми,
колебаниями точности приведены в табл. 77.
Внешняя оправа у объективов всегда латунная, хорошо поли¬
рованная и покрытая например никелем, золотистым лаком, хромом.
На оправе обычно, кроме фирменного знака, награвированы увели¬
чение и апертура (например 90X1*25). Иногда (у сильных объек¬
тивов) вместо увеличения указывается фокусное расстояние
в миллиметрах. Часто у сильных объективов фокусное расстояние
указывается в дюймах (напримеп V12» */16 И Т- д*)> что устано¬
вилось исторически. Этот род бозначений применяют и конти¬
нентальные фирмы.
Иммерсионные объективы иногд! имеют обозначения иммерсии,,
(например: „90Х1>25, масляная иммерсия“). Эти объективы должны
иметь достаточную герметичность, чтобы иммерсионная жидкость
не проникала внутрь (через фронтальную часть).
Все объективы, как правило, должны иметь футляры с за¬
винчивающимися крышками для предохранения от пыли и повре¬
ждений. Иногда футляры изготовляют из пластических масс.
Количество существующих в настоящее время типов объективов
очень велико. Они отличаются друг от друга величинами апер¬
туры и собственного увеличения. Однако для практики необхо¬
димости в таком разнообразии нет.
Испытание объективов. 1. Главное качество объектива — эта
его разрешающая способность. Она определяется величиной
апертуры, при соблюдении прочих качеств (оптической коррекцию
и точности центрировки).
Разрешающая способность может быть испытана помощью
естественных препаратов, величина наимельчайшей структуры
47&
Таблица 77
Резьба для объективов микроскопов
Предельные значения резьбы
мм
Нормальное выполнение нарезанной части объектива
474
Таблица 78
Естественные препараты для проверки разрешающей силы объективов
>& по порядку
Естественные препараты
Апертура,
необходимая
для разре¬
шения
Нобертовская
пробная пла¬
стинка
с 19 группами
Название препаратов
Расстояние
между по¬
лосами (Л
При пря¬
мом осве¬
щении
При косом
освещений
Группа
Расстояние
между ли¬
ниями р.
1
Navicula nobilis
1,90
0,15
_
1
2
ж viridis
1
1
1,33
0,20
—
2
1,50
3
Nitschia Brebissoni 1
I
1,00
0,25
—
3
1,12
4
Synedra pulchella . * ....
0,83
0,35
—
4
0,90
5
6
Stauroneis Phoenicentr . . .
Pleurosigma balticum ....
1
[ 0,70
0,45
0,40
5
0,75
7
Nitschia hungarica .....
8
Pleurosigma attenatum . . .
► 0,62
0,55
0,45
6
0,64
9
Grammotophora marina . . .
10
11
Nitschia amphioxys j
i
Grammotophora serpentina . . j
j
\ 0,55
0,65
0,50
7
0,56
12
Nitschia sigma |
0,50
0,75
0,55
8
0,56
13
14
Grammotophora oceanica . . . j
Nitschia paradoxa
]
| 0,46
0,85
0,60
9
0,45
15
Surirella gemma (поперечные '
полосы)
0,41
1,00
0,65
10
0,41
16
17
Grammotophora macilenta . .
Nitschia sigmoidea j
!
\ 0,38
1,05
0,70
11
0,37
18
„ obtusa
0,36
1,15
0,75
12
0,34
19
20
linearis
Navicula romboides
\ 0,33
)
1,30
0,85
13
0,32
21
22
Nitschia vermicularis
\
J
\ 0,31
1
1,40
0,90
14
0,30
23
24
» palla
* vermicularis
j 0,29
—
0,95
15
—
25
„ curvula
0,28
—
1,00
16
0,28
26
Grammotophora subtilissima .
0,26
—
1,05
17
0,26
27
Amphiplera pellucida ....
0,25
1,15
—
18
0,24
28
, „ малая . .
0,24
1,25
—
19
0,22
475
которых у каждого препарата разрешается лишь объективом
соответственной апертуры. Разрешающая способность (сила)
объектива проверяется видимостью этой структуры. Полную
разрешающую силу можно определить надлежащей ориентировкой
препарата, так как у последнего структура в разных положениях
несколько различна.
Табл. 78 дает перечень естественных препаратов, подобран-
ных для определенных апертур объективов (крылья бабочки, диа¬
томовые водоросли). В последнем столбце таблицы указаны раз¬
меры штрихов искусственного объекта, применяемого для этих,
целей, — „ пластинки Норберта“. Последняя представляет собой
плоскую стеклянную пластинку с награвированными на ней (или
сфотографированными) непрозрачными штрихами. Эта пластинка
имеет разные расстояния между штрихами, как видно из таблицы.
Возможны и другие способы определения разрешающей силы-
Рис. 397.
2. Вторым важным качеством объектива является его способ¬
ность давать резкое, не искаженное и не окрашенное (вслед¬
ствие хроматизма системы) изображение. Это свойство обычна
контролируется при помощи испытательных пластинок, главным
образом пластинки Аббе (рис. 397), изготовленной следующим
образом. На плоскую стеклянную пластинку ^приклеиваются
6 стеклянных плоскопараллельных кружочков, имеющих на нижних
своих поверхностях слой серебра с рядом вырезанных тон¬
ких линий. Зазубрины этих линий особенно удобны для наблю¬
дения недостатков объектива, главным образом хроматизма. Ахро¬
маты при этом должны давать лишь небольшие зеленоватые или
фиолетовые каемки, апохроматы же не должны показывать никаких
следов окраски. Кружки разной толщины применяются соответ¬
ственно толщине покровного стекла, на которое рассчитан
объектив. Для сравнения действия центральных и краевых лучей
в диафрагму осветительного аппарата Аббе помещают диск
с двумя отверстиями, из которых одно касается центра поля
зрения, а другое — края. Для этого предварительно надо опре¬
делить растворение диафрагмы-ирис, сооответствующее полному
полю зрения. Наблюдая при этой диафрагме изображение чер¬
точек пластинки Аббе, замечают их несовпадение при определен¬
ном положении тубуса, дающем резкое изображение одного иа
476
Для определения истинной величины апертуры служит аперто¬
метр Аббе (рис. 398 и 399). В простейшем виде апертометр
представляет собой толстую полукруглую пластинку L, которую
помещают при измерении на предметный стол микроскопа таким
образом, чтобы серебряный кружок d с маленьким отверстием,
помещающимся на верхней плоскости, у прямого края, пришелся
477
изображений (одного и того же предмета), и ошибки этих изобра¬
жений. Несовпадение изображений, происходящее от выпуклости
последних, не является недостатком, так как за счет этого дости¬
гнуты прочие коррекции.
Аналогичные испытания
можно произвести, рас¬
сматривая тонкие естествен¬
ные препараты, если они
предварительно были хо¬
рошо изучены.
3. Для научных или спе¬
циальных конструктивных
целей испытываются аплана-
тические свойства объекти¬
вов методом Аббе. Для этой
цели испытательную пла¬
стинку Аббе ставят на место
объектива и наблюдают ее
изображение в микроскоп. Степень отклонения наблюдаемой фи¬
гура от квадрата характеризует выполнение апланатизма у дан-
5юг :> объектива.
Рис. 398.
Рис. 399.
вдоль оси микроскопа. На эту плоскость устанавливают микроскоп
с испытываемым объективом О. Ближайший край апертометра4
скошен под углом 45° и таким образом он отражает (полным
внутренним отражением) предметы, находящиеся на пути, м
в частности две металлические пластинки с остриями, ходящие по
цилиндрическому краю апертометра.
Если удалить окуляр, то глазом видно нерезкое изображение
этих пластинок. Их перемещают до тех пор, пока острия не
ограничат видимого поля объектива. Они и определяют угловое
отверстие объектива. Но так как среда, содержащая предмет, —
стекло (апертометр), то для получения апертуры объектива не¬
обходим пересчет на воздушную среду. Этот пересчет сделан
заранее по коэфициенту преломления стекла апертометра (обычно
награвированному на апертометре). Части передвижной пластинки
заменяют рамкой с крестом, награвированным на стекле.
. На верхней поверхности апертометра имеются две шкалы.
Одна показывает половинные углы отверстия объективов, а дру¬
гая— прямо величину апертуры. Отсчитывается часть шкалы между
металлическими пластинками, после того как их установили ука¬
занным выше способом, или два крайние положения центра креста.
При слабых объективах в микроскоп смотрят простым глазом
(без окуляра), вставив предварительно в окулярную часть узкое
центральное отверстие (например дырочку в куске картона). Прж
сильных объективах во внутренний выдвижной /тубус ввинчивают
вспомогательный объектив (прилагаемый к апертометру), вставляют
окуляр и помощью этой системы, называемой „вспомогательные
микроскопом“, наблюдают концы пластинок.
Для иммерсионных объективов между апертометром и объек¬
тивом помещают соответствующую жидкость.
Увеличение:
где у — величина объекта, определяемая лучом Д у' — его изо¬
бражение.
4. Испытание увеличения фокусного расстояния, поля зрения,
обычно не производится, так как первые два свойства опреде¬
ляют выполнение остального. Однако их измерение может быть
произведено одним из методов, выработанных для короткофо¬
кусных систем. Знание увеличения всего микроскопа необходимо
кроме того для счетных и измерительных целей при микроскопи¬
ческих работах. В этих случаях оно обычно измеряется помощью
объектного и окулярного микрометра.
Исследование объективов дифракционным методом основы¬
вается на изучении распределения энергии в дифракционном
изображении точки.
Нормальная дифракционная картина — центральный кружок
(содержащий около 86°/0 всей энергии) и ряд темных и светлых
478
колец убывающей яркости; при наличии сферической аберрации
форма их сохраняется, но распределение интенсивности иное. При
небольшой расфокусировке объектива в обе стороны от плоскости
наилучшей наводки получаются неодинаковые дифракционные
кружки. Для точки вне оси эти исследования представляют не
мало трудностей. 1
Экспериментальное исследование (фотографирование дифрак¬
ционных кружков) осуществляется на специальной установке,
состоящей из штатива микроскопа Цейсса с широким тубусом и
крестообразным столиком, установленным горизонтально. На сто¬
лике укреплен точечный препарат — предметное стекло с мелкими
отверстиями в серебряном слое. Освещение — вольтовой дугой
через конденсор Аббе. Надо выбрать отверстие, дающее наи¬
более отчетливый дифракционный кружок. Изображение фото¬
графируется через микроскоп
(например камера Фоку).
Испытуемый объектив ввин¬
чивается в тубус при соблюде¬
нии нормальной длины послед¬
него. Предварительно вставляе¬
тся окуляр с крестовиной, и изо¬
бражение точно приводится
при помощи движений кресто¬
вого столика в цент{5 кресто¬
вины окуляра. Затем, вместо
окуляра, насаживается фото¬
графическая камера (выдвиж¬
ной тубус вынимается) и наводится „на резкость“ точки по¬
мощью ее вспомогательного окуляра (Фоку).
Для наблюдения точки вне оси камеру поворачивают помощью
специального приспособления на определенный угол и, когда
точка уйдет из центра, ее возвращают, двигая крестовый столик
в обратном направлении. За;гем камера снова наводится на рез¬
кость (так как поле кривое). Если объективы плохо центриро¬
ваны, дифракционные кружки затуманиваются.
Вид дифракционного изображения точки вне оси зависит не
только от аберрации косых пучков — комы и астигматизма, но и
от хроматической коррекции данного объектива. Картина, наблю¬
даемая визуально, обычно отличается от фотографической, так
как дифракционные хвосты окрашены и разно действуют на фо¬
топластинку. Обыкновенно при угле поворота выше 3° искажение
изображения делается весьма значительным.
До угла 1°30' (расстояние изображения точки от оси — 4,5 мм)
коррекция у всех объективой весьма удовлетворительна, затем ка¬
чество изображения резко падает. Поэтому ответственную резкую
1 L. С. Martin, Trans. Opt. Soc., 23, 63, 19, 21, 22, 24, 1922.
479
Рис. 400.
картину трудно получить в микроскопе с окуляром, имеющим
линейное поле более 10 мм.
Качество изображения и разрешающая сила. Объектами
испытания на качество изображения могут служить контрастные
препараты, состоящие из посеребренного покровного стекла со¬
ответствующей толщины, имеющие фильм с изъянами, дающими
разной формы фигуры с резкими краями. Кроме того годны Test-
Platte Аббе и диатомовые препараты, например pleurosigma angu-
latum (рис. 400).
Нить точечного источника проектируется конденсором на пла¬
стинку, освещая ее равномерно. Полезны зеленый светофильтр и
при рассматривании диатомей — диафрагмирование конденсора.
Диафрагма не должна обрезать апертуру объектива. Роль
освещения огромна, и его надо привести к оптимальным условиям.
При хорошем объективе все границы препарата резки, не
имеют дублирования и дифракционных контуров. При расфоку¬
сировке обычно все объективы дают неодинаковую дифракцион¬
ную картину точки при передвижении в обоих направлениях,
т. е. объективы собраны асимметрично относительно .дифракцион¬
ной картины. В общем изменения эти могут быть весьма разно¬
образны.
Следующие требования должны быть поставлены к хорошему
объективу:
1) резкая очерченность края точки в несколько сотых мил¬
лиметра при точной фокусировке;
2) отсутствие дополнительного рассеянного света в поле зре¬
ния и отсутствие светлой или темной бахромы вокруг краев
точки;
3) достаточная яркость самой точки;
4) полная концентричность дифракционных колец;
5) у ахроматов — отчетливость и окрашенность дифракционной
картины менее благоприятны.
Испытание должно быть произведено как для точки на оси,
так и для точки вне оси. В последнем случае условия менее
строги. Необходимо, чтобы изображение щели недалеко от края
поля было достаточно четко, не расплываясь в ленту рассеянного
света, направленного к центру.
Испытание на разрешающую силу лучше всего производить
по диатомеям, соответствующим апертуре объектива.
Количественные определения ошибок объективов (сферической,
хроматической аберраций и пр.) производятся только при под¬
робных исследованиях объективов. Сбычно пользуются для этого
интерферометром Тваймана и другими специальными установками.
Испытание центрировки весьма существенно и производится
также путем наблюдения дифракционной картины светящейся
точки (см. гл. XXX).
Окулярные микрометры (стеклянные) вставляются вместо
диафрагмы в окуляр Гюйгенса. Иногда применяют винтовые оку¬
480
ляры (рис. 401). Число делений окулярного микрометра, покры¬
вающих одно деление объектного микрометра, дает общее увели¬
чение микроскопа; при этом следует брать несколько делений
объектного микрометра для повышения точности отсчета.
Замечания относительно иммерсии и покровного стекла (для
сухих систем) имеют ту же силу, что и в других случаях.
2. Окуляры. Собственное увеличение окуляров, применяемых
в микроскопах, обычно бывает в пределах от 4 х до 30 х, что со¬
ответствует их фокусным расстояниям приблизительно от 65,5 до
Рис. 401.
8,3 мм\ увеличение окуляров почти всегда выражается отноше¬
нием 250//.
Окуляры, кроме специальных, компенсационных и очень силь¬
ных, рассчитываются независимо от объективов микроскопов. Их
хроматические ошибки (тип Гюйгенса) до некоторой степени про¬
тивоположны ошибкам у объективов (ахроматов). Кроме того они
имеют кривое поле, кривизна которого мало выправляет кривизну
поля объектива, так что в микроскопе изображение остается зна¬
чительной кривизны (окуляр Гюйгенса — см. гл. I).
Для проекции и фотографии применяют специальные окуляр¬
ные системы (проекционные окуляры, гомалы).
а) Компланатические окуляры. Более совершенные окуляры,
отличающиеся от гюйгенсовского обыкновенного, называют ком-
планатическими. Главная линза в них склеена из двух и в более
сильных — из трех стекол (рис. 402).
31 Зав. 3730. Справочн. кн. оптико-механика. 481
б) Ортоскопические окуляры (рис. 403) представляют перед
окулярами Гюйгенса значительные преимущества как в отношении
кривизны поля, так и в отношении хроматизма. Кроме того у них
выходной зрачок расположен дальше от главной пинзы, что при
сильных окулярах имеет большое значение.
в) Компенсационные окуляры (рис. 404), употребляемые с апо¬
хроматами, имеют хроматическую ошибку — хроматическая разница
увеличения, — обратную объективам-апохроматам, чем и дости¬
гается компенсация ошибок изображения микроскопа. Эти окуляры
строятся так, что у всех них при различных фокусных расстоя¬
ниях хроматизм увеличения одинаков (2—4°/0), поэтому их
можно применять с любым объективом-апохроматом, а также
Рис. 404.
Увеличение
Схема оптики
482
Рис. 402.
Рис. 403.
Линейное поле
зрения мм
Угловое поле зре¬
ния
Среднее расстояние
or последней поверх¬
ности до зрачка вы¬
хода мм
Диаметр диафрагмы
поля зрения мм
Фокусное расстоя¬
ние мм
Расстояние от переднего фокуса окуляра
до верхнего края тубуса Г= 13 мм
с сильными ахроматами (у которых эта ошибка выражается ана¬
логично). Кроме того все! окуляры имеют такое устройство, что
изображение объектива при вставлении окуляров в тубус микро¬
скопа автоматически оказывается в их передней фокальной пло¬
скости. У компенсационных окуляров астигматизм значительно
меньше, но поле более кривое.
г) Окуляры Рамсдена. Ранее рассмотренные окуляры назы¬
ваются отрицательными, так как рассматриваемое изображение
(в частности шкала, крестовина) должно помещаться внутри оку¬
ляра. В окуляре Рамсдена — положительном — изображение (и
шкала с делениями) находится впереди окуляра. В ряде случаев
это бывает необходимым.
Иногда бывает необходимо иметь в микроскопе прямое изо¬
бражение. В этом случае к окуляру присоединяют призму, напри¬
мер призму Наше. Такие системы встречаются сравнительно редко.
Таблица 80
Компенсационные окуляры
31*
483
Линейное поле зрения
мм
Угловое поле зрения
Среднее расстояние от
последней поверхности
до зрачка выхода мм
Хроматическая разность
увеличения от С до F
на краю поля %
Диаметр диафрагмы
поля зрения мм
Фокусное расстояние
мм
Схема оптики
Увеличение
Табл. 79 и 80 дают наиболее употребительный набор окуля¬
ров, применяемых при разных микроскопах.
Оправы окуляров. Каждый окуляр должен входить в тубус
микроскопа легко, но без качания, что расстраивает центрировку
микроскопа. При ввинченных объективах окуляр должен сам мед¬
ленно спускаться до своего упора.
Наружные диаметры трубок окуляра (обычно 23 мм) должны
быть прокалиброваны.
Диафрагмы окуляров должны быть также точно установлены
на своем месте, в плоскости изображения.
д) Отсчетные окуляры. Если окуляр снабжен шкалой, кре¬
стовиной или другим каким-либо устррйством, его называют от-
счетным. Шкала (в окуляре Гюйгенса) вставляется в место, где
расположена диафрагма. Она может быть съемной или постоянной.
Установка по глазу достигается передвижением глазной линзы,
которая в этих окулярах закреплена в отдельной трубке, входящей
с трением в наружную. Такие окуляры на'зываются установочными.
Чале всего шкалы состоят из делений ценой в 0,1 мм и
числом 50—100.
е) Счетные окуляры — см. счетные принадлежности.
Для более точных отсчетов применяют окуляры с винтовым
микрометром (рис. 401).
Перемещение^нитей или пластинок с вертикальным штрихом
достигается микрометренным винтом (с шагом обычно 1 мм).
Отсчет производится на барабане, разделенном на 100 ‘.частей.
Полный оборот барабана соответствует передвижению штриха
в поле зрения на 0,1 мм, и таким образом цена 1 деления бара¬
бана равна 0,001 мм.
Часто препарат имеет такой вид, что деления микрометра,
совмещенного с его изображением, трудно различить. В таких
случаях применяют так называемые контрастные микрометры,
где вместо продольных штрихов сделаны квадратики, стоящие
диагоналями вверх и горизонтально. Расстояния между углами
квадратиков точно выдержаны по всей шкале.
Цейсс 1 дает два рода таких контрастных микрометров.
Несколько иного рода контрастные микрометры изготовляет
Лейтц, называя их ступенчатыми микрометрами.
Большим удобством является еще то, что цифры* проставлены
двух родов: черные — на белом фоне и белые — на черном фоне
угольников.
При ряде сильных объективов число штрихов прямо дает увели¬
чение объектного микрометра без какого-либо умножения.
Следует еще упомянуть счетный окуляр Эрлиха. Он не имеет
шкалы, а содержит в плоскости бленды квадратное отверстие, ко¬
торое можно уменьшать на х/2, */з и (считая по длине ква¬
драта). Площадь квадратного отверстия при этом уменьшается сле¬
1 Эта система принадлежит Гебхарду.
484
довательно в 4, 9 и 16 раз. Уменьшение отверстия производится
сегментами, действующими на пластинки диафрагмы и передви¬
гаемыми рычагом с кнопкой.
Главное назначение этих окуляров — счет числа кровяных ша¬
риков препарата. Большое отверстие — для белых кровяных ша¬
риков, малое — для красных (в зависимости от их количества то
или другое). Окуляр позволяет быстро, без особых вычислений,
отсчитать число шариков на каждой площади препарата.
Кроме кровяных шариков можно производить счет и любых
других частей препарата. Точность размера диафрагмы вполне до¬
статочна для большинства работ.
Ббльшая часть измерительных окулярой имеет стеклянные шкалы
диаметром в 10 мм, разделенные на такое количество штрихов,
что цена делений соответствует 0,1 или 0,05 мм. Шкалы в боль¬
шинстве случаев даются отдельно с разной ценой делений; напри¬
мер шкалы Цейсса имеют:
5 мм с 50 делениями (У10 мм)
5 » * 100 (i/20 , )
Ю , „ 100 „ (Vio » )
6 , „ 100 „ (0,06 , )
Контрастный микрометр 5 мм „ . Vio и V20 мм
Для ахроматов измерительные окуляры даются двух типов:
Гюйгенса (Н) и ортоскопические (О). Для апохромата — компен¬
сационные (К) увеличения от 7х до 20х-
3. Объектные микрометры обычно изготовляются в трех раз¬
мерах:
1) шкала в 1 см длины, разделенная на миллиметры; 1 мм раз¬
делен еще на 10 частей, и таким образом цена наименьшего де¬
ления равна 0,1 мм;
2) шкала длиной 3 мм; каждый 1 мм разделен на 10 частей;
0,1 мм разделена на 10 частей, и таким образом самое мелкое
деление равно 0,01 мм;
3) шкала длиной в 1 мм, разделенная на 100 частей (0,01 мм).
Эти шкалы изготовляются, как и шкалы окуляров, либо на
делительных машинах, либо фотографическим путем.1
§ 6. Специальные окулярные устройства
Для наблюдения обоими глазами применяются бинокулярные
системы окуляров, что значительно облегчает наблюдение, так как
глаз менее утомляется. Кроме того они дают стереоскопический
эффект.
1. Бйнокулярные насадки, выпускаемые всеми фирмами, вста¬
вляются в тубус микроскопа и зажимаются крепительным винтом
1 Окулярные шкалы в виде квадратных сеток применяются главным
образом для счетных работ.
485
(рис. 405 и 406). Иногда трубы, в которые вставлены окуляры,
имеют косое расположение, чем сокращается высота глаза над ми¬
кроскопом и сохраняется удобное положение головы наблюдателя.
Цейсс выпускает две модели: Bitukni и Bitumi; первая из них
(рис. 405) — для наклонного положения.
Насадки подходят к большинству штативов и легко снимаются.
При рассматривании изображения через бинокулярную насадку с оку¬
лярами обнаруживается значительный стереоскопический эффект
(от рассматривания двумя глазами),
что сильно помогает наблюдению.
При двух насадках можно употреб¬
лять только парные окуляры, кото¬
рые специально для этого подби¬
раются.
На рис. 407 изображены схема
и общий вид насадки Лейтца (раз-
движение окуляров — кремальерой).
Рис. 405.
В более крупных микроскопах имеется специальный биноку¬
лярный тубус (рис. 408).
2. Демонстрационные окуляры. Часто при употреблении ми¬
кроскопа в качестве учебного прибора бывает необходимым точно
указать какую-либо деталь рассматриваемого препарата. Дяя этой
цели существуют так называемые указательные окуляры, предста¬
вляющие собой обыкновенный о;<уляр Гюйгенса, снабженный тон¬
кой иглой с заостренным концом; игла укреплена таким обра¬
зом, что имеет перемещение в окуляре вперед и в стороны
Весьма удобна модель, изображенная на рис. 409. Она пред¬
486
ставляет собой бинокулярный
окуляр, дающий возможность верхний край mydyca
одновременно двум наблюдате¬
лям видеть препарат. При
этом окуляр второго наблю¬
дателя сильно вынесен в сто¬
рону, благодаря чему один
наблюдатель не мешает дру¬
гому. Для этой цели внутри
основного окуляра, стоящего
вертикально, помещена слож¬
ная призменная система из
двух групп.
3. Сравнительные оку¬
ляры. Наряду с описанным
приспособлением следует отме¬
тить еще другое — так назы¬
ваемый бимикроскопический,
или сравнительный окуляр,
имеющий иное назначение.
Часто бывает необходимо одно¬
временно рассматривать дв а
препарата, установленные на двух микроскопах. Предназначенное
для этой цели приспособление (рис. 410) надевается на тубусы
двух микроскопов. Сами микроскопы помещаются на специальную
подставку, фиксирующую их относительное расположение. Одна
из надевающихся на тубус половин закрепляется измерительным
винтом*
Рис. 406.
487
Рис. 408.
488
Рис. 407.
48»
Рис. 409.
Рис. 410.
Рис. 411.
4. Фотографические окуляры (насапки) насаживаются на тубус
микроскопа и закрепляются на нем. Камера, снабженная затвором
для моментальной съемки, имеет вспомогательную оптическую си¬
стему, выправляющую кривизну поля изображения.
Наиболее благоприятно применение системы, известной под на¬
званием гомал, которая имеется в фотографическом окуляре Цейсса
Фоку (рис. 411). Гомал, применяе¬
мый во многих микрофотографиче-
ских устройствах, представляет со¬
бой отрицательную систему(рис.412).
Если камера для фотографии при¬
меняется в качестве отдельной уста¬
новки, то она соединяется с гома-
лом через специальную насадку,
обеспечивающую от проникновения
наружного света (рис. 413). Гомал
имеет соответственную ей оправу.
Один и тот же гомал нельзя
применять для всех объективов.
Обычно камеры-насадки снабжа¬
ются вспомогательным окуляром для
установки по типу демонстрацион¬
ного окуляра. Размер камеры Черни,
Рис. 413. Рис. 413 а.
выпускаемый Рейхертом, — 9 X 12 см. Она имеет в качестве выпра¬
вляющей линзы систему из одной линзы. В последнее время в каче¬
стве фотографической насадки начали также применять камеру Лейка.
491
Рис. 412.
Цейссом в 1935 г. выпущена новая модель фотографического
окуляра под названием „универсальная нясадная камера Milflex*
(рис. 413а), годная для любого микроскопа. Размер пластинки сохра¬
нен 6V2 X 9, коэфициент увеличения — 1/2Х. Этот размер по суще¬
ству для таких камер в настоящее время является предельным, так как
увеличение его при значительной кривизне поля микроскопа с опти¬
ческой точки зрения не дает хороших результатов. Однако та же
фирма выпускает камеру Фоку для размера 9X12. В первой системе
имеется весьма удобный окуляр с широким полем в виде камеры,
облегчающей наблюдения. В нее могут вставляться дымчатые стекла
в оправах. Эта камера допускает применение любых окуляров.
Механическая часть всей насадки сконструирована так, что на нее
можно насадить любую камеру, в частности Контакс для размера
24 X 36 мм, Колибри-Фоку для размера 3X4 см, 4>оку — для
9 X 12 см.
§ 7. Осветительные аппараты
Сложные осветительные приборы могут быть применяемы только
с соответственно устроенными штативами, допускающими включе¬
ние разных осветительных приборов.
Осветительные устройства следует разделить на три группы:
1) для светлого поля,
2) для темного поля,
3) для освещения непрозрачных объектов (иллюминаторы).
1. Зеркала. Самым простым осветителем служит зеркало, уста¬
новленное на нижчей части штатива. Его употребляют обычно
совместно с диафрагмами, в настоящее время почти исключительно
ирисовыми, устанавливаемыми в особой гильзе непосредственно под
столом. Зеркалом снабжается каждый штатив (от самого простого
до самого сложного), во всех случаях оно имеет одно и то же
устройство и круглую форму диаметром 40—50 мм. Одна сторона
зеркала плоская, другая — вогнутая.
При отклоняющемся зеркале имеется возможность косого осве¬
щения препарата, что бывает необходимо при особых объектах,
имеющих определенно направленную структуру. В соответствии
с этим и отверстие в столе должно быть достаточно широким,
чтобы пропустить косой пучок света.
Чаще всего при слабых увеличениях объективов, имеющих боль¬
шое поле зрения, применяют плоское зеркало, при сильных — сфе¬
рическое. Однако это зависит еще и от рода источника света
(точечный, широкий рассеянный свет). Плоское зеркало дает более
правильное освещение объектов, так как оно не вносит искажений
в ход лучей; поэтому например контуры препарата, рассматри¬
ваемые при слабых увеличениях, гораздо резче при плоском зер¬
кале, чем при сферическом.
2. Диафрагменные устройства. В самых простых и старых
микроскопах применяются револьверные диафрагмы, лучше вогну¬
492
тые, содержащие 5—б отверстий разного диаметра. В настоящее
время во всех микроскопах, если не считать наиболее простых —
школьных, применяются главным образом диафрагмы-ирис % у ко¬
торых отверстие постепенно плавно суживается в зависимости от
поворота рычага.
В микроскопах встречаются также и другие типы диафрагм,
н&пример так называемые цилиндрические. Они представляют собой
цилиндрическую трубку с верхней узкой цилиндрической вставкой.
Применяются 3 насадки с отверстиями в 1, 3 и 6 мм.
3. Конденсоры. Главное значение конденсора заключается в его
большой светосиле, растущей с уменьшением фокусного расстоя¬
ния. При этом с увеличением освещенности известной части аппа¬
рата уменьшается одновременно и размер самого освещенного
участка, так как первое есть следствие второго. Светосила кон¬
денсора измеряется, аналогично объ¬
ективам, величиной его апертуры.
Ни один конденсор, если его
применять без’^ иммерсионной жид-
кости (на его верхней линзе), не может иметь апертуру больше 1.
Ебльшая апертура достигается только при употреблении иммер¬
сии, именно между нижней поверхностью стекла, держащего пре¬
парат (объектодержатель), и поверхностью конденсора помещают
каплю дестиллированной воды или другой жидкости, в зависи¬
мости от апертуры. .
Чем больше достигаемая данным конденсором апертура, тем
сложнее его устройство. На рис. 414 изображен конденсор, со¬
стоящий из 2 линз и имеющий апертуру 1,2—1,3. Рис. 415^изо¬
Рис. 414.
Рис. 415.
РиС. 416 а.
Рис. 416 6.
493
бражает трехлинзовый конденсор, дающий апертуру 1,4. Иммер¬
сией для него служит кедровое масло. Указанной апертуре соот¬
ветствует угол освещенного конуса в 135°. При этом фокусное
расстояние обоих видов конденсора почти одинаковое.
Наибольшей точности достигают, применяя
линзы с несферическими поверхностями. Этим
добиваются почти полного апланатизма кон¬
денсора. Таким является апланатический кон¬
денсор, выпускаемый Цейссом и другими фир¬
мами, с апертурой 1,4 (рис. 416 а).
Почти того же можно достигнуть, поль¬
зуясь и сферическими линзами, но тогда си«
стема конденсора становится весьма сложной*
Так например апланатический конденсор, вы¬
пускаемый фирмой Рейхерт, имеет 6 линз (из
них 2 пары склеенные). Этот конденсор,
с апертурой 1,4, одновременно корригирован
и в хроматическом отношении. Цейсс выпу¬
скает ахроматические конденсоры подобного
же рода, но с 5 линзами. ^
Для работ большой точности изготовляют
конденсоры в оправах, допускающих точную
их центрировку при помощи винтов (рис. 416 6).
Такие же оправы дрименяют при пользовании
в качестве конденсора микрообъективом.
При микрофотографировании часто пользуются ультрафиоле¬
товым освещением, вследствие чего повышается разрежающая сила
микроскопа.
Рис. 418.
Спектральные конденсоры (рис. 417) применяются для рассма¬
тривания препарата или других целей, когда желательно вести на¬
блюдение при определенной дтине волны спектра. Спектральный
конденсор накладывает на препарат спектр. Передвигая препарат,
можно найти наиболее благоприятный цвет освещения.
Спектральный конденсор обычно содержит призму Амичи, даю-
494
Рис. 417.
шую спектр. Она вставляется в гильзу конденсора. Внизу имеется
зеркало, заменяющее зеркало микроскопа. Если спектральный
конденсор соединен с поляризатором, то его называют спектропо-
ляризатором. Более совершенен спектрополяризатор Аббе.
Так называемые переключаемые конденсоры или шарнирные
конденсоры позволяют, действуя на гриф AT, Н (рис. 418), вводить
в гильзу столика то конденсор, то цилиндрическую диафрагму
в зависимости от поворота на шарнире всего приспособления.
Переключаемый конденсор можно применять лишь в тех шта¬
тивах, где это предусмотрено конструкцией.
Рис. 419.
4. Осветительный аппарат Аббе. Аппарат Аббе имеет две
самостоятельные части: одну — для вставления конденсора, дру¬
гую— для диафрагмы. Обе части держателей связаны с муфтой
(большей частью призматической формы) и занимают по отноше¬
нию к ней строго перпендикулярное положение. Рис. 419 пока¬
зывает вид осветительного аппарата Аббе.
Как видно, в рассматриваемом аппарате имеются все необходи¬
мые движения: 1) вертикальное перемещение осветителя; 2) изме¬
нение ширины пучка (ирис); 3) поперечное движение диафрагмы;
4) вращение диафрагмы при любом концентричном и эксцентрич¬
ном положении; 5) замена оптических частей.
б. Опак-иллюминаторы (вертикаль-иллюминаторы). Приборы
эти можно разделить на две основные группы соответственно тому,
как подводится от источника пучок света к объективу: сквозь
объектив (внутреннее освещение) или минуя объектив (внешнее
освещение). При освещении сквозь объектив предмет предста¬
вляется наблюдателю ярко освещенным в своих плоских частях
(поверхности кристаллов, зеркально-полированные поверхности ме¬
495
таллов и т. п.) и темным на местах углублений (царапины, отвер¬
стия и пр.) или возвышений (валики* усики, чешуйки).^ Наоборот,
при освещении препарата вне объектива изображение предста¬
вляется наблюдателю темным в плоских (зеркальных) местах пре¬
парата и освещенным в местах углублений и возвышений, рассеи¬
вающих направленный такими иллюминаторами свет.
Объективы (ахроматы и апохроматы), необходимые для работы
с опак-иллюминаторами, обычно применяются в короткой оправе
и корригированные на непокрытые покровным стеклом препараты.
Рис. 420.
Наблюдение в падающем свете может также производиться и в по¬
ляризованном (предварительным пропуском ег© через николь) свете,
для чего такой иллюминатор ввинчивают в тубус минералогического
микроскопа.
Крепление опак-иллюминатора к микроскопу обычно осуще¬
ствляется ввинчиванием его непосредственно в нарезку нижней части
тубуса, однако лучше для удобной смены объективов пользоваться
специальными салазками (тип Цейсса). Фирма Рейхерт выпустила
опак-иллюминатор, который допускает ввинчивание его в револь¬
вер микроскопа и применение в обыкновенной оправе объективов
любых увеличений, причем препарат в этом случае покрывается
покровным стеклышком. Непокрытые стеклышком препараты
можно рассматривать лишь при слабых (до 10х системах).
а) Типичными представителями этой первой группы являются
опак-иллюминаторы:
1) Бека \ и универсальный
2) Наше / Лейтца,
3) Клея,
4) Флоренса.
496
На рис. 420 виден ход лучей в вертикалъ-иллюминатортх
Бека (а) и Наше (b).
В иллюминаторе системы Наше вместо отражательной пластинки
имеется непрозрачное зеркало в виде призмы с полным внутренним
Рис. 421.
отражением, покрывающей лишь половину отверстия угла объ¬
ектива. Апертура объектива в этом иллюминаторе используется
лишь наполовину.
Рис. 422.
Для очень слабых увеличений (до 6х) можно пользоваться со¬
вершенно упрощенным опак-иллюминатором, представляющим собой
небольшую стеклянную тонкую, хорошо отполированную пластинку,
укрепляющуюся на опраЕе объектива так, что, находясь между
объективом и препаратом, она становится под углом в 45° к опти¬
ческой оси микроскопа.
32 Зав. 3730. Спр&вочн. кн. оптнво-мвханзпш. 497
Универсальный опак-иллюминатор представляет собой устрой
ство, в котором оба способа освещения (с помощью отражательной
пластинки и с помощью рефлектирующей призмы) совмещены
в одном приборе.
Устройство прибора Клея видно на рис. 421, где показан ввин¬
ченный непосредственно в тубус микроскопа иллюминатор сi объ¬
ективом в нормальной оправе,
применяемой при исследовании
покрытых стеклом препаратов.
Иллюминаторы Клея и
Флоренса (рис. 422) допускают
применение естественного (сол¬
нечного) освещения, для чего
вместо лампочки в боковой
тубус вводится гильза с ма¬
леньким зеркалом.
б) Типичными представителями вто¬
рой группы иллюминаторов являются:
1) отражательное плосковогнутое
зеркало для падающего света (типа
Буша или Винкоди);
2) зеркала Либеркюна-Буша (малое
и большое) для слабых объективов;
3) зеркала Хаузера для сильных
объективов;
4) зеркала Метцнера параболиче¬
ские;
5) зеркала Либеркюна-Лейтца (про¬
стая и улучшенная конструкции);
6) призма для косого зеркального
освещения;
7) призма для зеркала Лейтца;
8) универтор Буша;
9) ультраопак-иллюминатор.
Зеркало Либеркюна выпускается в современном оформлении
фирмой Буш.
Большое зеркало Либеркюна построено по этому же типу
и применяется при макрофотографии.
Зеркало Хаузера предназначено для работы с более сильными
короткофокусными- объективами.
Зеркальные конденсоры для падающего света, недавно по¬
строенные фирмой Рейхерт, выпущены в нескольких оформлениях —
для очень слабых (модели А и А1) объективов (фокусное рас¬
стояние до 10 мм) и для более сильных объективов (модели В,
В1 и В2). Все эти зеркала, предназначенные для исследования
объектов с блестящей или матовой поверхностью, представляют
собой видоизменение зеркала Либеркюна.
При применении указанных зеркал типа Либеркюна свет от
Рис. 423.
источника сначала направлялся на зеркало микроскопа, а затем
уже через кольцеобразную щель столика микроскопа — на метал¬
лическое зеркало опак-иллюминатора, i
В приборе Метцнера малым параболическим зеркалом (рис. 423)
свет от сильного источника непосредственно направляется на
поверхность зеркала иллюминатора.
Фирма Буш выпустила универсальный иллюминатор универтор,
где в одном небольшом приборе объединяются почти все совре¬
менные способы освещения как в падающем, так и в проходящем
СЕете.
Рис. 424.
При универторе можно пользоваться слабыми, средними и
сильными объективами, до иммерсионных включительно.
Переход от одного способа освещения в падающем свете (тем¬
ное поле внешнего освещения) к другому (сиетлое поле при осве¬
щении через объектив) производится очень легким способом (про¬
стым поворотом соответствующих рычагов).
Также ног ым прибором для микроскопического наблюдения
в падающем сверху свете является ультраопак Гейне, Еыпущенный
в 1930 г. фирмой Лейтц. Из рис. 424, изображающего ультраопак»
видно, что каждый объектив представляет собой сложное соеди¬
нение объектива и иллюминатора. Общим для всех объективов
является лишь освещенная боковая трубка (лампочка накаливания)
с линзами.
499
8* Поляризационные принадлежности. Наиболее употреби¬
тельны призмы из исландского шпата — николевы призмы (см. гл. I).
Одна из этих призм включается в пространстве между зеркалом
микроскопа и конденсором. Она поляризирует свет и им осведает
препарат. Другая призма вставляется за объективом. Обе могут
вращаться.
Первую призму, как и везде, называют поляризатором, вто¬
рую — анализатором.
Когда поляризация выражена очень слабо, имеется возможность
повысить чувствительность микроскопа. Для этого применяют тон¬
кие ил остинки, изготовленные из гипса или слюды. Эти пластинки
включают либо в поляризатор, либо в анализатор, в зависимости
от обстоятельств.
Поляризационные части могут быть приспособлены к любому
микроскопу. Обычно поляризатор вставляется в гильзу, служащую
для конденсора микро¬
скопа; иногда он со¬
единен с конденсором
в одной оправе.
Анализатор вво¬
дится в верхнюю
окулярную часть ту¬
буса либо вместо оку¬
ляра, либо вместе с по¬
следним. Поляриза¬
ционный конде icop со¬
стоит из двух свинченных частей: одна (верхняя) содержит лин¬
зовую часть (собственно конденсор), другая — призму Николя.
Нижняя часть вставлена в гильзу. Анализатор имеет шлиц для вставки
слюдяной или гипсовой пластинки (компенсатор).
Для вставления анализатора часто применяют промежуточную
насадку в виде кольца, насаживаемого на тубус и зажимаемого
винтом. Эго кольцо имеет деления по всей окружности. Оправа же
с николем имеет индекс, которым отсчитывается угол ее поворота
относитель ю кольца, а следовательно и поляризатора.
Анализатор снабжают круговыми делениями для отсчета угла
поворота (рис. 425).
7. Спектроскопические принадлежности. При помощи микрэ-
скопа часто производят спектроскопические исследования. Все
спектральные приспособления соединены с окуляром микроскопа
и нередко назы >аются просто спектральными окулярами.
Исследование спектров иногда производится в поляризованном
свете. В эгом случае включают в микроскоп еще и поляри¬
заторы.
Сп ектральные конденсоры служат для освещения объекта спек¬
трально чистым светом и позволяют определить, при каком свете
изображение объекта в микроскопе наиболее контрастно. Этим
дается возможность установить наиболее целесообразный род осве¬
500
Рис. 425.
щения препарата. Спектральный конденсор, как указывалось выше,
накладывается на спектр.
8. Конденсоры для темного поля, а) Иммерсионный конден¬
сор. Наиболее простой системой для получения темного поля
является иммерсионный конденсор Цейсса. Темное поле создается
тем, что диафрагму располагают таким образом, чтобы лучи с малой
апертурой не могли пройти через конденсор к препарату. Крае¬
вые лучи, которые имеют апертуру от 1 до 1,4, способны пройти
к препарату только в том случае, если между конденсором и
объективным стеклом будет поме¬
щена иммерсионна жидкость (Еода,
масло).
Применяя соответственные иммер-’
сионные объективы и жидкости, отве¬
чающие апертуре конденсора 1,4, тем¬
ное поле получают только в том слу¬
чае, если искусственно изменить про¬
хождение света в системе посред¬
ством надлежащего расположения
диафрагмы конденсора. Установка
Рис. 426.
диафрагм для получения темного поля производится внутри осве¬
тительного аппарата Аббе.
Толщина объектного и покровного стекол имеет существен¬
ное значение. Следует применять объектные стекла той тол¬
щины, которая соответствует данному конденсору. Толщину покров¬
ного стекла надо знать с точностью до 0,01 мм и компенсировать
оправой объектива.
б) Параболоид-конденсор Зидентопфа совершенно не ' имеет
преломляющих поверхностей, а исключительно отражающие. Бла¬
годаря этому хроматической аберрации вообще нет, а сферическая
устранена подбором кривизн и их относительным положением.
501
Вместе с тем, вследствие отсутствия поглощения в стекле этот
конденсор имеет большую светосилу (рис. 426).
в) Кардиоид-конденсор представляет большие преимущества
перед предыдущими: он является чисто зеркальным, поэтому хро¬
матической аберрации нет. Кроме того он почти строго аплана-
тичен. Последнее достигнуто тем, что отражающие поверхности
формы кардиоиды 1 (рис. 427а и б) расположены соответствующим
образом и имеют соответственные кривизны.
Без иммерсии конденсор никакого действия не дает. В отно¬
шении толщины объектного стекла условия, указанные выше,
асадо соблюдать еще строже. Эта тол дина обычно всегда обозна¬
чена на футляре конденсора. То же относится и к чистоте стекла:
условия е де строже. к*«™««*««*™™«»««
Рис. 427 а. Рис. 427 б.
Кроме того следует обращать большое внимание на толщину
слоя препарата, помещаемого межцу безукоризненно чистыми
поверхностями объектного и покровного стекол. Его толщина
должна быть немного более глубины фокуса объектива.
Недавно появились специальные приспособления для оптической
окраски препаратов, основанные на принципе разделения пучков
света. Центральный пучок, дающий „светлое поле“, окрашивается
«омощью свегоф^ьтра (оптических цветных стекол), вставляемого
в среднюю часть аппарата (рис. 428 а и б). Краевые косые пучки,
дающие „темное поле“, не проходят в объектив, а освещают лишь
тельца, находящиеся в препарате. Последние испускают диффузный
свет и поэтому видимы на общем окрашенном фоне препарата.
Косые пучки („темного поля“) также окрашиваются при помощи
светофильтров, но в другой цвет, следовательно на однородно
окрашенном фоне видны тельца, окрашенные в другой цвет, отли¬
1 Путем соответствующего расчета можно кардиоиды заменить сфе¬
рами.
чающийся контрастно от первого- Имеется набор светофильтров
для обоих типов окрашивания (до 7 различных цветов). Диаметр
светофильтров — 42 мм для краевых пучков и 8,8 мм для цен¬
трального пучка. В качестве оптической системы взят трехлинзо¬
вый апланатический конденсор А— 1,4. Конденсор центрируется
винтами (см. /); вместо нижнего зеркала в штатив микроскопа
вставляется кожух с источником света 2 (лампочка 6 V, 8 св. с кон¬
денсором).
Подобные же аппараты могут быть осуществлены и для
иллюминаторов отраженного света.
Рис. 428 а.
9. Камеры для исследования жидких препаратов. Для иссле¬
дования жидких препаратов предназначены специальные камеры
(рис* 429), аналогичные счетным, изготовленные из плавленного
кварца. Если камера изготовлена из кварца, конденсор также
должен быть из кварца. Вообще объектодержатель и конденсор
должны быть изготовлены из одинакового материала. При несо¬
блюдении этого условия будет иметь место некоторая потеря света.
Чистота камеры и покровной пластинки имеет исключительно важ¬
ное значение.
Для наблюдения микроорганизмов в среде часто применяется
специальная камера Олъзе (Oelse).
Толщина слоя обычно колеблется в пределах 2—10 а. Ее
измеряют, наводя микроскоп помощью микрометренного механизма
на верхнюю и нижнюю границы слоя. А
Камеру никогда не следует держать открытой во избежание
иопадания пыли. Для этой цели требуются специальные объективы,,
например: ахромат — однородная иммерсия 60х, апертура 0,85^
тп апохромат — однородная иммерсия 60х, апертура 0,85.
Рис. 4286.
Камеры изготовляются из целого куска. Они не боятся нагре¬
вания и сами не содержат никаких кислотных частей, присущих
клеям. Иногда их делают из стекла или горного хрусталя; послед-
ыие нельзя прокаливать в пламени. Стеклянные камеры неудобны
в том отношении, что они очень чувствительны к жидким соста¬
вам, а также тем, что стекло не сохраняет столь гладких и чистых
поверхностей, как кварц. Кроме того стекло имеет свойство
флюоресцировать, что можно наблюдать при темном поле.
Для того чтобы точно поставить камеру на объективном столе,,
применяют специальные камеродержатели (рис. 430).
В случае камеры, изготовленной из кварца, в качестве иммер¬
сии приходится применять только глицерин. Соответственно этому
и объектив должен быть рассчитан для глицериновой иммерсии»
При сухих системах объективов, когда можно наблюдать только
дифракционные кружки, толщина покровного стекла влияет на
изображение. Ее можно скорректировать, изменяя длину тубуса.
Почти всегда приходится считать частицы в препарате, и для
этого надо знать толщину его слоя. С этой целью пользуются
Рис. 429. Рис. 430.
отсчетами микрометренного движения (тонкого движения тубуса)
на барабане, наводя сначала микроскоп на верхнюю поверхность
камеры, а затем На нижнюю поверхность покровной пластинки.
Чтобы определить толщину препарата, приходится произвести
расчет, пользуясь формулой:
п,
где D — искомая толщина слоя; пи — коэфициент преломления
жидкости в камере; ni — коэфициент преломления среды между
покровным стеклом камеры
и фронтальной линзой объ¬
ектива; d—отсчет на бара¬
бане тонкого движения.
При этом надо следить,
чтобы камера была плотно
закрыта, что узнается по
появлению ньютоновых ко¬
лец первого порядка, как
сказано было выше.
При веденная формула
упрощена. При более точных измерениях приходится пользоваться
точной формулой:
Рис. 431.
где:
nt sin ф — апертура объектива.
50,5.
Упрощенная формула дает несколько большую величину.
При подобных наблюдениях следует пользоваться столиками
микроскопов с большим или малым крестовым ходом, дабы точно
установить препарат.
10 Приспособления для центрировки конденсоров. Для этой
цели применяется приспособление, состоящее из двух отверстий,
сделанных эксцентрично (рис. 431) в кольцах, входящих друг
в друга и вращаемых.
Рис. 432.
Хорошей установки можно достигнуть лишь при достаточном
опыте.
Для предварительной установки часто применяется субстанция
с сильно выраженными ультрамикроскопическими частицами, как
иапример: раствор золота, эмульсия гуммигута в воде. Эти препа¬
раты помещают в виде капель, как было указано ранее.
Бывают случаи, главным образом при су¬
хих препаратах, когда ультрамикроскопиче-
ские частички расположены липЛ в одном
направлении. При обыкновенном способе
всестороннего освещения с темным полем
видимость этих частиц менее, чем если бы
их осветить лишь в определенном напра¬
влении (азимут), перпендикулярном их на¬
правлению.
Этого можно достигнуть посредством
азимутальной диафрагмы Чегвали (рис. 432),
которая насаживается на кардиоид-конден-
сор и закрепляется под ним. Она пропу¬
скает свет только в двух направлениях, рас¬
положенных под углом 180°. Так как диа¬
фрагма вращается, то этот азимут можно расположить в любом же¬
лаемом направлении. Диафрагма может быть вставлена в гильзу
аппарата Аббе. Центрировка в этом случае производится помощью
центрировочной насадки на объектив — последним — или, если
объектив с направляющей насадкой, то путем движения насадки.
Ширина щели азимутальной диафрагмы регулируется винтом,
соединенным с барабаном, на котором можно отсчитывать ширину
щели.
Ультрамикроскопы и ультрамикроскопические установки ничем
существенным не отличаются от того, что было уже описано. Они
состоят из хорошего точного штатива микроскопа с осветительным
Рис. 433.
506
аппаратом Аббе, источника света, снабженного линзовой освети¬
тельной частью (см. выше), светофильтра, конденсора для темного
поля и дополнительных принадлежностей к последним, описанных
выше. Все эти части располагаются на оптической скамье.
На рис. 433 изображена установка так называемого щелевого
ультрамикроскопа Зидектопфа и Жигмонда для наблюдения ультра-
микроскопических частиц в жидкостях. Жидкий препарат поме¬
щается в кювете с плоскими параллельными стеклянными стенками,
причем середина кюветы имеет кварцевую часть в виде двух кру¬
глых окон. Кювета, как видно из рисунка, соединена трубками
с одной стороны с воронкой, а с другой — через резиновую трубку
со стеклянным краном. Кювета прикрепляется к самому объективу
(40 X 0,15).
Для исследования твердого препарата метод остается тем же,
но на микроскоп ставят столик, могущий перемещаться верти¬
кально.
§ 8. Счетные приспособления
При Счете частиц в сухих препаратах, например в порошках,
тканях, применяют простые окуляры с сетками. Эти сетки боль¬
шей частью имеют размер или 5 или 10 мм2. Квадраты разделены
Рис. 434.
на более мелкие, имеющие сторону в 0,5 мм. Штрихи через
каждый миллиметр утолщены (см. выше об окуляре Эрлиха).
Для жидких препаратов служат так называемые счетные
камеры, представляющие собой маленькую квадратную ванну, сде¬
ланную из стекла, дно которой снабжено сеткой. Поперечное сече¬
ние ванны—всего 1 мм2, глубина — 0,1 мм (рис. 434).
В эту ванну помещают при помощи пипетки каплю исследуе¬
мой жидкости, натример крови, и, наблюдая картину в проходя¬
щем свете через микроскоп, считают число кровяных шариков или
бактерий, приходящихся на 1 ммъ жидкости. Предварительно камеру
следует плотно накрыть покровным стеклом. Плотность соедине¬
ния проверяется образованием на плоскостях краев камеры интер¬
ференционных полос.
Существует много разновидностей [счетных камер, предназна¬
чаемых для разных целей.
507
Лучшие камеры делаются из целого куска. Дно и края плоско
шлифуются оптическим способом.
Сетки для счета имеют разные формы. Известны сетки: Тома,
Бюркера, Тюрка, Горяева и др.
§ 9. Рисовальные аппараты
1. Рисовальная призма. Удобной системой является так назы¬
ваемая рисовальная призма. Имеются две системы из двух призм:
одной — равносторонней и вто¬
рой — прямоугольной, распо¬
ложенных, как показано на
рис. 435, и заключаемых
в оправу, прикрепленную к оку¬
ляру микроскопа.
2. Рисовальный окуляр.
Одно из простых приспособле¬
ний для рисования, изгото¬
вляемое многими фирмами, это
так называемый рисовальный
окуляр.
Экраны должны быть накло¬
нены в плоскости стола, на ко¬
тором стоит микроскоп, под
углом 12°.
3. Рисовальный аппарат Аббе. В этом аппарате применены
прямоугольные призмы, сложенные гипотенузами (рис. 436). Гипо¬
тенуза посеребрена, причем в центре серебряного слоя оставлено
прозрачное эллиптическое отверстие (не посеребренная часть),
сквозь которую и проходят лучи микроскопа.
Весь кубик закрыт
оправой, но* на стороне,
обращенной к зеркалу,
оправа имеет четырех-
. угольное отверстие. Бла¬
годаря ему в призму вхо¬
дит только то, что отра¬
жено зеркалом, и совер¬
шенно не попадает по¬
сторонний свет. Для ре¬
гулирования освещенно¬
сти перед отверстием
устроены зажимы, в ко¬
торые вставляются дымчатые стекла. Кубик установлен так, что
его овальное отверстие совпадает с выходным зрачком окуляра.
В большом аппарате Аббе (рис. 437) кубик можно заменить
другим. Для слабых увеличений берут кубик с большим отвер¬
стием, для сильных — с малым. Кроме того при помощи кольца»
508
Рис. 435.
Рис. 436.
имеющего червячную нарезку, кубики можно передвигать вверх и
вниз и таким образом точно совмещать гипотенузное отверстие
с выходным зрачкэм. Вращая при помощи специального ключа
винт, можно хорошо центрировать это отверстие относительно
выходного зрачка. Остальные части почти те же. Оправа с куби¬
ком и дымчатым стеклом откидывается, как и в предыдущем типе.
Зеркало имеет размер 125X70 мм. Длина отверстия — 140 мм.
Важное значение также имеет согласование размера круглог*
отверстия кубика с увеличением.
§ 10. Микрофотография
Применение фотографии к микроскопу открывает ловые воз¬
можности и расширяет границы исследования.
При фотографировании действуют главным образом лучи, не
видимые глазом или плохо видимые. Действующие при фотогра¬
фировании „химические лучи“ могут быть выбраны с длиной волны
Х = 0,448 и даже \ — 0,383 <х, что дает для d значение
0,82—0,7 наименьшей разрешаемой детали при визуальном наблю¬
дении.
Использовать действие столь коротких волн можно только
в том случае, если объектив корригирован для широкого участка
спектра. Условие наименьшей хроматической разности сферической
аберрации должно быть выполнено в возможно большой степени,
т. е. объектив должен быть хорошим апохроматом. То же отно¬
сится к окуляру, который должен быть свободным от хромати¬
ческих ошибок в наибольшей степени. Применяемые при микро¬
509
Рис. 437.
фотографии специальные проекционные окуляры удовлетворяют
этим условиям в достаточной степени.
Еще дальше можно итти, если пользоваться невидимыми ультра¬
фиолетовыми лучами, применяя в оптических системах кварц.
В этих случаях отпадает необходимость в хроматической коррек¬
ции, так как объектив является монохроматом (целиком изготов¬
ленным из кварца), исправленным лишь для узкого участка спектра
в пределах длины волн от 0,275 до 0,280 jjl. Источником света
чаще всего служит электрическая искра, образуемая между кад¬
миевыми и магнезиевыми электродами. Свет пропускается предва¬
рительно через фильтр, пропускающий только указанную область.
Достигаемая у монохромата апертура при гомогенной иммерсии
составляет величину 1,3 при длине волны Х = 0,275 л/ja; это дает
границу разрешающей силы согласно приведенной выше формуле
Между тем даже монобромнафталиновая иммерсия при апер¬
туре 1,60 дает величину:
Увеличение зависит от расстояния фотографической пластинки
от окуляра и растет с его увеличением. Можно использовать еще
одно обстоятельство: рассматривать снимок с меньшего расстояния,
чем он был сделан.
Микрофотография дает и другое важное преимущество: энтоп-
тическое явление не повышается с увеличением разрешающей силы.
Область применения фотографии в микроскопии весьма велика.
Действие оптической системы при микрофотографии можно
представить себе аналогичным действию обыкновенного визуаль¬
ного микроскопа, если вообразить, что у глаза наблюдателя, смо¬
трящего на изображение, рисуемое на матовом стекле (фотогра¬
фической пластинке), имеется очковое стекло с фокусным рас¬
стоянием, равным его расстоянию до матового стекла (b). Тогда
расстояние фотографической пластинки от объектива (с) будет
соответствовать оптической длине тубуса (Ä), его называют оп¬
тической длиной камеры (с); b соответствует длине фокуса оку¬
ляра. В таком случае увеличение Г можно выразить, как обычно:
(последнее по Аббе).
Первый член последнего равенства есть увеличение объектива,
рассматриваемого как лупа; второй — „дополнительное увеличение“.
Если b (как обычно) = 250 мм, то r = c//=ß. Пределы возмож¬
ного изменения увеличения при таких обозначениях должнк со-
510
ответствовать установленным (по Аббе) для обычного микро¬
скопа. Граница резкого изображения при поднятии увеличения
в указанной системе определится видимой величиной кружка рас¬
сеяния 2а", наблюдаемого от места расположения глаза (Ь)\ она
должна быть меньше единицы. При этом кружок рассеяния, давае¬
мый объективом, видимый с расстояния заднего фокуса его (если
там расположить глаз), будет 2о'.
Наибольшая допустимая оптическая длина камеры будет
or 1'
С = 25 -77-7- см.
о' зависит только от типа и качества оптической системы ка¬
меры, но не от фокусного расстояния ее.
Практически следует считать, что длинные фокусные расстоя¬
ния оптической системы (фотографического объектива) выгодны,
если требуется получить резкое большое поле зрения; короткие
фокусные расстояния имеют преимущество, если надо иметь боль¬
шую резкость в середине поля. При этом необходимо руковод¬
ствоваться и правилом Аббе, по которому полезное увеличение
(Г) должно быть в пределах 250 :л: — 500 :х, где 1:х — относи¬
тельное отверстие объектива. Для невидимых фотографически
активно действующих лучей (Х = 0,44[х) полезное увеличение бу¬
дет приблизительно в б/4 раз больше. Если Г задано, надо объек¬
тив диафрагмировать соответственно указанному отношению, т. е.
250/Г <лг<500/Г. Если изображение рассматривать с расстояния
ясного зрения (250 мл1), то указанное выше применимо и для
ß (линейного увеличения). Дальнейшее повышение Г и 1: jc беспо¬
лезно с точки зрения разрешения деталей объекта, но последнее
может помочь в смысле укорочения экспозиции.
Для примера дается ряд соотношений между 1 : х и Г:
Относительнее
отверстие
Относительное
отверстие
Цейсс в новых своих микрофотографических объективах при¬
близительно придерживается этих соотношений.
Увеличение Г (и ß) зависит конечно и от возможности рас¬
тяжения меха камеры (с).
511
Полезное
увеличение
Полезное
увеличение
Расстояние объекта от изображения D, если /— фокусное рас¬
стояние объектива, можно приблизительно выразить формулой:
На разрешающую силу оказывает также влияние положение
диафрагмы в объективе. В некоторых случаях диафрагма может
понизить ее. Выгоднее пользоваться (там, где это возможно) диа¬
фрагмой осветительного аппарата. Тогда,если апертура объектива
больше апертуры конденсора Л19 например Л2 = mAv то раз¬
решающая сила будет больше, чем в случае равных апертур, в от-
2
ношении —■ ■ ■ у (это применимо только к проходящему свету).
Пользование фотографическими объективами выгоднее, чем
объективами микроскопов соответствующих увеличений, так как
они дают более ровное (плоское,) поле равномерной резкости, но
у них светосила значительно ниже. .
Выпущенные в последнее время Цейссом микрофотографиче-
ские объективы в отношении светосилы уже близко подходят
к микрообъективам. Эти объективы — микротары — имеют сле¬
дующие данные:
Фокусное
расстояние
см
Относительное
отверстие
Апертура
(кругло)
Поле зрения
в частях фокус¬
ного расстояния
1
1:1,6
0,31-Л
1,5
1:2,3
0,21
V.
2
1 :3,2
0,15 j
3
1:4,5
0,11 \
4,5
1:4,5
0,11 }
V.
6
1 :4,5
0,11 j
9
1:63
0,08 \
2/
12
1:6,3
0,08 J
/з
Вообще следует заметить, что короткие и длинные фокусные
расстояния объективов в случае микрофотографии с точки зрения
качества снимка равнозначны и заметно глубины изображения
не изменяеют. Преимущество коротких фокусных расстояний за¬
ключается главным образом в возможности уменьшить экспозицию.
Сообразно назначению микрофотографические установки заме*
няют различные устройства и применяются с различными допол¬
нительными частями.
Выше была уже описана простейшая микрофотографическая
установка в виде фотографического окуляра. Она удобна, так
как не требует никаких специальных устройств и легко надевается
512
на тубус микроскопа. С ее появлением во многих случаях отпала
необходимость в отдельных микрофотографических установках,
которые применяют только для специальных случаев. Типов уста¬
новок имеется множество. Различают установки: горизонтальные,
вертикальные, горизонтально-вертикальные.
Рис. 438.
На рис. 438 изображена еп«*иальная микрофотографическая
установка Цейсса (горизонтально-вертикальная), позволяющая по¬
лучить большое изображение объекта (до 18X24 см) и приме¬
няемая в соединении с рядом приборов.
33 в&в. 3730. Справочн. кн. оптжво-хеханта». 513
Источниками света 1 служат либо низковольтные лампы накалива¬
ния (лучше всего точечные) либо дуговые лампы на 4 А. 2 и 6—
осветительные линзы; 3 — реостат; 4 — кювета.
Фотографирование в ультрафиолетовых лучах имеет некоторые
особенности. Источниками света служит электрическая искра между
магнезиевыми или кадмиевыми электродами от большого индук¬
тора или трансформатора высокого напряжения с конденсаторами
(0,004 jaF). Длина волны — 275 м^.
Из других видов следует отметить фотографирование в поля¬
ризованном свете, отличающееся от обычного применения поляри¬
зационных приборов. В последнее время пробуют применять фото¬
графирование микроаппаратов в натуральных цветах. В этом слу¬
чае особенности касаются главным образом самого фотографи¬
ческого процесса.
§ 11. Микрометаллография
Применение микроскопа к исследованию металлов, особенно
металлических шлифов, чрезвычайно распространено. Для иссле¬
дования металлических шлифов с помощью микроскопа предназна¬
чено немало различных устройств. Иногда эти исследования ведутся
на обыкновенных микроскопах, снабженных опак-иллюминаторами.
Удобен при этом универсальный микроскоп с большим крестовым
столиком. Однако для специальных целей исследования металлов
всегда удобнее иметь металл-микроскоп.
Металл-микроскопы можно разбить на две группы: горизон¬
тальные и вертикальные. Большинство их устроено на принципе
Лешателье. Собственно микроскоп всегда расположен вертикально.
Похмощью призм изображение передается либо в горизонтальном
направлении для соединения с горизонтальной фотографической
камерой (горизонтальная установка), либо под углом вверх (верти¬
кальная установка). В последнем случае размеры снимка ограни¬
чены, и камера обычно делается без меха. Кроме того имеется
наклонная окулярная трубка для визуального наблюдения, распо¬
ложенная удобно для наблюдателя.
Как тех, так и других систем существует множество. Известно¬
стью пользуются установки Винкеля, Рейхерта, Цейсса и Зейберта.
Из вертикальных установок весьма удобна система Рейхерта Рацио-
наль (имеется подобная модель ВООМПа); размер снимка — 9 X 12.
Более проста установка Зейберта. Из горизонтальных установок
большим распространением пользуется установка Рейхерта, имею¬
щая основную систему на принцше Лешателье и горизонтальную
скамью с камерой большого растяжения для размера до 13 X 1 8.
Эга установка снабжена хорошими предохраняющими от сотря¬
сений амортизаторами и различными дополнительными принадлежно¬
стями.
Так как все металл-микрэскопы связаны с фотографией, то
необходимо применять оптические части высокого качества (по-
514
лезны объективы апохроматы). Объективы почти всегда рассчитаны
для длины тубуса 190 мм, ибо при меньшей длине не удается
Рис. 439.
расположить все необходимые части. Предназначены они для
наблюдения не покрытого стеклом препарата. Объективы изгото-
Рис. 440.
влены в коротких оправах, часто с ручками для удобства вста¬
вления (см. выше).
Наиболее совершенной установкой повидимому до сих пор
следует считать металл-микроскоп Цейсса, так как и в оптиче¬
33* 515
ском и в механическом отношении он дает большие возможности.
Кроме того размер снимка доведен до 18X24. Для слабых увели¬
чений имеется модификация этого микроскопа. Ввиду того что
в этих установках наиболее отчетливо выражены особенности
работ с металл-микроскопом, ниже они описываются подробно.
1. Установка Цейсса. В установке Цейсса, так же как и в
других последних конструкциях,
стол имеет только вращательное
движение около оптической оси и
большой крестовый ход. Благо¬
даря этому на стол можно класть
всевозможные тяжелые предметы
без опасения за порчу механизма
наводки. Последний в установке
Цейсса'(рис. 439—441) располо¬
жен на прочной станине. В отли¬
чие от обыкновенных микроско¬
пов движение в этом случае
относится не ко всей оптиче¬
ской системе микроскопа (объ¬
ектив— окуляр), а к промежу-
Рис. 441.
точной. Такая система дает возможность изменять расстояние
между объективом микроскопа и объективом зрительной трубы
(коррекционная линза) в значительных пределах, что не влияет ни
на качество изображения, ни на коррекцию.
Объектив микроскопа должен быть специально рассчитан вместе
С прочей системой, без чего он не даст резкого изображения.
Однако Цейсс дает в качестве коррекционных линз такие системы,
котогые позволяют применять и обычные объективы в микроско-
.пах для этой установки.
516
Окулярная часть имеет два тубуса: один — направленный косо
вверх, для наблюдения глазом, второй — горизонтальный, для микро¬
фотографии. В последний вставляется проекционный окуляр.
Внизу имеются две призмы Р3 и Р4. Вдвигая ту или другую,
вводят световой пучок либо в первый тубус, либо во второй.
Вертикальные плоскости, проведенные через сечения обоих тубу¬
сов, перпендикулярны друг к другу* Передвижение производится
рычагом Н.
Так как объект не прозрачен и наблюдение ведется в отра¬
женном свете, имеется иллюминатор, стоящий вертикально и распо¬
ложенный близко к оправе объектива. При установке микроскопа
он двигается вместе с подвижной его частью.
При сильные объективах приходится пользоваться сложным
иллюминаторным устройством типа Бека. В установке Цейсса оно
сконструировано следующим образом. На горизонтальной трубе А
имеется ирисовая диафрагма Bv находящаяся в фокусе линзы Lv
Ось от линзы к диафрагме изогнута под прямым углом благодаря
прямоугольной призме Pv Линза Lx дает изображение ирисовой
диафрагмы в бесконечность. Помещенная перпендикулярно линза L2
на оси иллюминатора переносит изображение ириса, поступающее
к ней через призму р* в свой главный фокус, расположенный
в отверстии объектива микроскопа.
Недостаток этого устройства в том, что изображение апер¬
турной бленды отражается поверхностями объектива и заменяет
основное изображение объекта.
Цейсс применяет также и иллюминатор системы Наше, исполь¬
зующий призму с полным внутренним отражением, закрывающую
половину объектива. Этим наполовину уменьшается апертура
объектива в направлении одного из азимутов, перпендикулярного
грани призмы, и в данной части конечно наполовину уменьшается
разрешающая способность объектива.
Применение крышеобразной призмы уменьшает используемую
часть, доводя ее до сектора, но это заставляет добавить еще
ромбическую призму (рис. 439). Тогда оба типа иллюминатора
получат одинаковое расстояние от объектива, и можно пользо¬
ваться ими обоими. Иллюминатор с крышеобразной призмой
и линзой соединены в одной трубе и имеют такие же размеры*
как иллюминаторное устройство Бека, т. е. могут взаимозаме-
няться без изменения остальных частей установки. Последний
иллюминатор может передвигаться с помощью винта и регулиро¬
вать освещение.
При употреблении иллюминатора с крышеобразной призмой апер¬
турную диафрагму приходится сдвинуть немного в сторону от
оси (вверх), иначе ее изображение окажется в стороне от оси
этой призмы.
Объективы вставляются в объективную часть тубуса поверх
иллюминаторов. Они не ввинчиваются, а просто плотно вста¬
вляются в его цилиндрическую часть, к которой хорошо пригнана
517
соответствующая часть объектива. Для удобства вставления объек¬
тивы снабжены ручками, что особенно важно при весьма коротких
оправах.
Общее устройство установки выполнено следующим образом.
Тубус смонтирован на тяжелом массивном держателе, снабженном
широкой ножкой. На верхней его части расположен объектный
стол Т (вращающийся, с крестовым ходом). Движение стола про¬
изводится помощью гибкого вала; предел движения —19 мм.
Для нахождения точного местоположения объекта имеются две
линейки, входящие в щиты и закрепляемые винтами. Их можно
передвигать в радиальном направлении, причем величину этого
передвижения можно отсчитывать на нониусе с точностью 0,1 мм.
Одна из линеек имеет острый, а другая — закругленный выступ.
На каком-либо конце объекта делают риску и ставят его так,
чтобы риска пришлась против острия одной из линеек, а другая
линейка прилегала к выступу.
Следующая часть аппарата содержит в себе фотографическую
камеру 18 X 24 и ее установку. Последняя допускает большое
раздвижение меха камеры, так как имеет длину 85 см. Передняя
часть камеры соединяется с тубусом микроскопа при помощи
соединительной части, защищающей от проникновения света.
Она может немного продвигаться продольно, чтобы была возмож¬
ность заменить окуляры. Задняя часть камеры неподвижно соеди¬
нена с держателем, укрепленным на двух штангах, вдвигающихся
в подставку, на которой расположен микроскоп и которая слу¬
жит продолжением оптической скамьи, несущей на себе освети¬
тельные части. Длина штанг такова, что при наибольшем раздви-
жении меха система остается достаточно связанной, так что
дрожание пластинки в камере исключено. Подставка стоит на трех
ножках, штанги закрепляются в любом положении винтами. Штатив
микроскопа вставляется до упоров и закрепляется винтами.
На оптической скамье расположены следующие части: источник
света, кюветное устройство с револьверным или диафрагменным
приспособлением и коллективная линза. Последняя дает изобра¬
жение источника света в плоскости апертурной диафрагмы микро¬
скопа.
Источником света большей частью служит дуговая лампа.
Кратер углей изображается коллективной линзой строго центрично,
заполняя апертурную диафрагму В2 (рис. 440). Центричность
достигается регулировкой источника сдета винтами. Изображение
углей должно быть резким; этого добиваются продольным пере¬
мещением коллектива. Для иллюминатора с крышеобразной призмой
изображение должно быть установлено немного эксцентрично.
Для избежания нагревания препарата и установления тре¬
буемого света имеется фильтр, установленный на оптической
скамье, представляющий собой кювету с отверстием в 8 см, на¬
полняемую разными жидкостями. Кювета состоит из двух круглых
сосудов с горлышками для наливания жидкостей и пробками.
518
Эти сосуды скреплены между собой болтами, стянутыми винтами
(рис. 442).
Кювета закреплена на держателе в виде ножки, имеющей на
нижней части рейтер, скользящий по призме оптической скамьи.
Рис. 442.
Его положение может быть зафиксировано помощью крепитель¬
ного винта. На подставке имеется держатель, на котором закре¬
пляется револьверное устрой¬
ство (рис. 443) с двумя ди¬
сками, имеющими по 8 отвер¬
стий, диаметром каждое в 33мм.
Оба диска могут вращаться на
оси независимо друг от друга.
Рис. 443.
Оптические части металлографической установки. Коррекция
объективов отличается от обыкновенных микрообъективов тем,
что она рассчитана вместе с коррекционной линзой на изобра-
519
жение, находящееся в бесконечности. Ввиду этого объективы не
могут быть применены для обычных штативов. Обозначения на
объективах (например у Цейсса) отличаются от обычных. Всегда
указывается длина тубуса в виде знака оо (бесконечность). Ввиду
обратного расположения тубуса и объекта в металлографическом
микроскопе система ввинчивания объектива не дает никаких
преимуществ, поэтому объективы обычно снабжены насадочными
цилиндрами и вставляются в соответственные места до упора.
Часто кроме того имеется и резьба, позволяющая в особых слу¬
чаях ввинчивать объектив. Эта резьба всегда делается отличной ог
нормальной, с тем чтобы устранить возможность применения
нормального объектива, ибо такой объектив не может дать пра¬
вильного изображения.
Оправы объективов металлографических установок всегда де¬
лаются укороченными.
Объективы, имеющие специальное устройство, отмечены у
Цейсса буквой на оправе; у этих объективов увеличение опреде¬
ляется, как у лупы.
Для металлографии применяются главным образом объективы
и окуляры высокого качества. Ввиду применения фотографии
коррекция проведена для широкого участка спектра (апохроматы
и соответственно компенсационные окуляры).
Наборы оптики следующие:
1) Апохроматы (коррекция на оо):
Собственное увеличение (лупа)
15х
со
о
X
60х
90 х
Апертура
0,30
0,65
0,95
1,30
Фокусное расстояние, мм . .
16,7
8,3
4,2
2,8
2) Компенсационные
окуляры:
Увеличение
зх
5 X
7х
10х
15 х
20х
Фокусное расстояние, мм . .
83
50
36
25
17
12,5
Поле зрения
23
23
18
13
И
8
Поле зрения объектива приблизительйо получится, если „число
поля зрения“ разделить на собственное увеличение объектива.
Если же это число умножить на собственное увеличение окуляра,
получим величину изображения, видимую глазом в микроскоп на
расстоянии ясного зрения (25 см).
52©
Для субъективного наблюдения упомянутый набор дает следу¬
ющую серию увеличений (компенсационные окуляры):
Объективы
3х
5х
7х
10 х
15 х
to
о
X
15
45
75
105
150
225
300
30
90
150
210
300
450
600
60
180
300
420
600
900
1200
90
270
450
630
900
1350
1800
Однако для „полезного увеличения“ мы получим следующую
группу:
Апертура Увеличение
0,30 150—300
0,65 325-650
0,95 475—950
При фотографировании увеличения будут иными, так как они'
зависят от расстояния фотографической пластинки (или матового
стекла) камеры. Они могут значительно переходить границу полез¬
ного увеличения и полностью обнимать приведенную таблицу.
Приблизительный расчет определения расстояния фотографи¬
ческой пластинки может быть сделан следующим образом:
Л полное увеличение
Растяжение камеры х *= X
собственное увеличение объектива
. . 25 см ,
X * 1 см-
собственное увеличение окуляра 1
Точное положение матового стекла может быть получено эмпи¬
рически, если установить заданное увеличение при помощи объект¬
ного микрометра, т. е. разделить величину изображения шкалы
объектного микрометра на матовом стекле на величину шкалы
микрометра.
Большая металлографическая установка Цейсса дает возмож¬
ность также пользоваться выравнивателями (см. выше). Слабые
сухие системы объективов вместе с прочей оптической системой
дают и без этого достаточно плоские изображения. Сильные
сухие системы требуют уже выравнивателей I и II; может быть
применен и III. Для однородной иммерсии необходимо даже при¬
менение выравнивателя IV.
Для малых увеличений Цейсс рекомендует употреблять слабые
апохроматы фирмы Винкель, с фокусными расстояниями 40—24 мму
вместе со специально приспособленными к ним фотоокулярами
4,5,х 6х и 8,8х. Последние имеют передвижение глазной линзы
и могут быть установлены на различные расстояния изображения,*
которые награвированы на оправе, окуляра.
521
Выбор увеличения, а также комбинаций объектива и окуляра,
дающих это увеличение, зависит от ряда обстоятельств и главным
образом от величины того объективного поля, которое надо сфото¬
графировать. Но кроме того он определяется и родом объекта.
2. Специальная установка для слабых увеличений (рис. 444).
Направление света дается осветительной линзой достаточно боль¬
шого диаметра, согласованной по своему фокусному расстоянию
и диаметру с размером поля объекта и фокусным расстоянием
объектива.
При слабых увеличениях выгоднее пользоваться специальными
объективами, например микропланаром Цейсса, который имеет
большое поле зрения и хорошую коррекцию. Применение такой
Рис. 444.
системы на большой металлографической установке Цейсса не пред¬
ставляется возможным.
Цейсс выпустил для этого специальную установку, предста¬
вляющую собой некоторое упрощение предыдущей.
Обычно применяются объективы со следующими данными:
Слабейшее уве¬
личение при ко¬
ротком расстоянии
Наибольший
диаметр поля
зрения объекта
§ 12. Поляризационные микроскопы (минералогические)
Принципы устройства. На рис. 445 показан разрез микроскопа
с двумя основными типами расположения оптической системы,
называемыми коноскопом (а) и ортоскопом (Ь): К—диафрагма
522
Планар
Сильнейшее
увеличение при
длинном растя¬
жении
и ее изображение поляризатора, В — то же конденсора. Основ¬
ной особенностью обеих систем является так называемый теле-
центрический ход лучей, создаваемый двумя линзами, помещен¬
ными по обеим сторонам анализатора (николевой прдзмы). Это
Рис. 445.
дает возможность лучам света пройти без задержки через анализа¬
тор и избежать астигматизма, что не имело бы места без этих,
линз. Во всех новых микроскопах подобное устройство существует.
При исследовании кристаллов применяют два вида оптической
523
схемы: 1) наблюдение в параллельных лучах и 2) наблюдение
в сходящихся лучах. При первом наблюдают сам кристалл как
таковой, рассматривая его детали в микроскопе; при втором
изучают кристалл по роду производимой им хроматической
поляризации света, получая данные о его
физическом строении.
В микроскопах, где предусмотрен пере¬
ход от одной схемы к другой, имеется линза
Бертрана, которая может выводиться из ту¬
буса. Для этого она крепится в оправе с по¬
лозьями, родящими в направляющих про¬
реза, сделанного в тубусе. По этим напра¬
вляющим она и выдвигается вбок. Оправа
имеет часто два винта, упирающиеся в тубус
при вдвижении линзы. Этими винтами можно
отцентрировать линзу в тубусе. При раз¬
личных объективах и окулярах и при нали^
чии коноскопического хода лучей изобра¬
жение рассматриваемой плоскости интерфе¬
ренционной картины будет изменяться отно¬
сительно плоскости бленды окуляра. Для
правильной ее установки необходимо линзу
Бертрана передвигать. Поэтому в тубусе она
имеет перемещения, производимые кре¬
мальерой (аналогично грубому движению
тубуса).
В более простых штативах линза Бертрана
установлена неподвижно или двигается пу¬
тем выдвижения тубуса.
На схеме рис. 446 видно расположение
оптических частей в универсальном поляри¬
зационном микроскопе. В этой схеме при¬
менена цилиндрическая линза Z. Для ком¬
пенсации астигматизма, вызываемого призмой
поляризатора Р, ось цилиндрической поверх¬
ности установлена перпендикулярно кри¬
сталлографической оси поляризатора.
Требуется, чтобы предметное стекло М
имело определенную толщину (в данном слу¬
чае 1,5 мм), ибо фокусное расстояние кон¬
денсора Ку L в последнем случае составляет
всего 5,5 мм. На рисунке: S—защитное
стекло, J — диафрагмы-ирид, О — объектив,
ö — компенсатор, Lv L2 — коррекционные линзы, А — анализатор*
Lg — линза Бертрана.
Кроме обыкновенных николей, применяются сложные, у которых
поляризация происходит полнее при больших размерах.
Известно несколько систем таких призм: Франка-Риттера*
Рис. 446.
Глана-Томсойа, Аренса. Эти призмы представляют большое
преимущество перед обыкновенными, особенно для анализато¬
ров.
Иногда поляризационные микроскопы строят, оставляя теле-
центрический ход лучей постоянным (линзы, служащие для этого,
постоянно закреплены в тубусе). Анализатор (николь) может быть
вынут, а линзы остаются на своих местах. Это имеет два преиму¬
щества: 1) при включении ана¬
лизатора не меняется увеличение
микроскопа; 2) не изменяется ка-
iecTBo изображения.
Осветительный аппарат, со¬
стоящий из поляризатора с диа¬
фрагмой и конденсора (А —
= 0,2 — 0,3), должен, как пра¬
вило, переставляться по высоте
при помощи кремальеры с зуб¬
чатой передачей. Кроме того он может отводиться в сторону.
Диафрагма поляризатора имеет двойное значение: при коноскопи¬
ческой схеме она служит в качестве диафрагмы поля зрения, а при
ортоскопической — апертурной диафрагмой. Вторая ирис-диафрагма
установлена над конденсором. Кроме того имеется еще откидной
конденсор (апертура А — 1 или А =1,4).
Минералогический микроскоп требует вращающегося столика
с делениями. Обычно принята точность отсчета 1°; в больших
микроскопах с нониу¬
сом—10', 6'. Столик
снабжается делениями
на полной окружности
и нониусом. В каждом
положении столик мо¬
жет быть закреплен
винтом.
Чаще всего для объ¬
ективов пользуются
цанговыми насадками
или объективами с на¬
правляющими. Можно
однако пользоваться и
револьверным устрой¬
ством со специальными
нецентрируемыми на¬
садками, поворачивае¬
мыми специальным ключом. Применение револьвера значительно
удобнее, так как он ускоряет работу, но зато требуются особые
предосторожности, чтобы не сбить центрировки.
Окуляры снабжаются крестовинами, и в тубусе положение их
фиксируется. Они обычно имеют большее поле зрения по сравне¬
525
Рис. 448.
Рис. 447.
нию с обыкновенными. При сильных увеличениях предпочтительны
компланагические окуляры.
При количественных исследованиях кристаллов часто приходится
исследовать интерференционные цвета, возникающие вследствие
двойного лучепреломления. В этом случае пользуются спектро¬
скопом, включаемым в окуляр микроскопа.
Удобны спектроскопические
окуляры, например по Эрингхаузу
(комбинация окуляра с карманным
спектроскопом)с
Большое применение имеют
разного рода компенсаторы: квар¬
цевые и гипсовые клинья, гипсо¬
вые и слюдяные листочки и др.
Компенсаторами служат пластинки
кристаллов (одноосных, двуосных
и т. д.), вырезанные параллельно
оси кристалла или другим опре*
деленным образом.
Наиболее употребительны пла¬
стинки с разностью хода в */4Х
и V2 Еще большее значение
имеют компенсаторы, у которых
можно установить любую раз¬
ность хода, заранее измерить ее
и нанести на шкале. К ним при¬
надлежит компенсатор Бабине,
Слюдяной компенсатор Фе¬
дорова представляет собой .набор
слюдяных пластинок разной тол¬
щины (всего 16 ступеней); каждая
из них имеет определенную раз¬
ность хода, что дает возможность
подобрать подходящую из них
для данного кристалла.
Компенсатор Берека дейст¬
вует на принципе поворота каль-
Рис. 449. цитовой пластинки (рис. 447). По¬
ворачиваясь при вращении кнопки,
пластинка вводит таким образом различную разность хода, отсчи¬
тываемую на барабане. Пластинки иногда вкладываются в окуляр
и могут из него выдвигаться. Точность изменения разности хода
доходит до 0,0001 длины волны света.
Универсальный столик Федорова. Для изучения кристаллов
горизонтального вращения стола микроскопа недостаточно. Необ¬
ходимо не менее 4 осей вращения столика. Так как вращение вне
горизонтальной плоскости не должно вызывать загораживания пре¬
парата, части столика делают прозрачными; обычно столик имеет
526
две пары сферических сегментов. Нижняя паре имеет кривизну
10 мм, верхняя — 6 мм. Для избежания поляризации света в стекле
сегментов, их делают из хорошо отожженного и однородного
оптического стекла с определенным показателем преломления.
Можно эти сегменты заменить другими с иными показателями
преломления и кривизной. Стеклянные сегменты заключены в оправы,
входящие в конические металлические сегменты, расположенные
над столом (рис. 448). При вращении препарата, закрепленного
в кольце, как видно на рисунке, может быть произведен отсчет
угла вращения около каждой оси при помощи круговых делений
с нониусами, расположенных на кольцах, сегментах и барабане.
Столик Федорова устанавливается на столе микроскопа (обычна
вращающемся) и привинчивается винтами к соответственным отверг
Рис. 450.
стиям. Он требует большого места и применяется поэтому в боль-'
ших микроскопах (рис. 449). При нем применяются специальные
объективы. Их оправы позволяют производить наклоны столика
до 35 — 40°.
В последнее время стали появляться упрощенные модели
столика Федорова, которые правда не могут заменить ei^o ни
в отношении точности, ни в смысле удобства обращения.
Осветительные аппараты. Употребление осветительного аппа¬
рата Аббе затруднительно, так как он требует большого анализа¬
тора. Обычно применяются специальные универсальные осветительные
аппараты с поляризаторами (рис. 450), в которых перемена свето¬
силы осуществляется быстро движением рычага. Более высокие
апергуры могут достигаться только насадкой дополнительной кон-
денсорной части, которая просто откидывается в сторону (см.
выше). Эти осветители могут достигать апертуры */4 (с откидным
иммерсионным конденсором с). В некоторых из них также откиды¬
вается в сторону поляризатор.
527
Необходимо иногда синхронное движение анализатора и поля¬
ризатора, что достигается специальным приспособлением. Оно
состоит из направляющей дуги, закрепленной на левой передней
части держателя стола. В направляющей скользит ползун с нониусом
вдоль деления крестового стола.
Для рассматривания тонких шлифов возможно применение иммер¬
сии (однородной) до 1,30. При этом толщина объектодержахеля
не должна выходить из пределов 0,7 — 1 мм. Все пространство
от конденсора до фронтальной линзы объектива заполняется
кедровым маслом.
Возможно применение более сильной иммерсии, так называемой
ши-иммерсии (фокусное расстояние — 4 мм), дающей апертуру
1,52. При ней объектодержатель должен быть
весьма тонким, всего 0,3 мм, самое большее
0,7 мм (при показателе преломления стекла
1,66); покровное стекло — около 0,1 мм.
Это требует расстояния объектива от объекта
всего в 0,2 мм. Еще лучше брать покровное
стекло тоньше (0,6 мм).
§ 13. Бинокулярные микроскопы для
препарировальных работ (по Грену)
Рассматривание препарата обоими гла¬
зами и в необернутом виде важно, во-пер¬
вых, с целью избежания утомления, а с дру¬
гой стороны, — для получения изображения
препарата в нормальном виде в целях наилуч¬
шей ориентировки при препарировании.
Для этих целей установился уже с дав¬
него времени определенный тип микроскопа,
предложенный Грену и изготовляемый всеми
фирмами с небольшими вариациями кон¬
струкции. Рис. 451 изображает тип этого
микроскопа. Два совершенно идентичные ту¬
буса насажены в направляющую так, что
оси их составляют с вертикалью угол в 7,5° и пересекаются почти
в плоскости препарата, т. е. оба микроскопа направлены на пре-
пар ат.
Направляющая, к которой прикреплены микроскопы, пере¬
мещается в тубусодержателе при помощи кремальеры, действующей
на зубчатую рейку, заключенную в соединительной части, вставляе¬
мой в держатель. Эта часть может также перемещаться в шлице
держателя (рис. 452), так что микроскоп может быть предвари
тельно установлен на разном расстоянии от препарата.
Оба объектива должны быть совершенно одинаковыми и хорошо
центрированными относительно оси каждого из микроскопов. Для
большей легкости замены одной пары их другой объективы
528
Рис. 451.
закреплены на общих салазках. Они должны быть специально
отцентрированы применительно к каждому штативу отдельно.
Поэтому у объективов имеется специальное приспособление для
Рис. 453.
их центрировки. Тубусы для всех объективов обыкновенно
делаются одинаковыми, штативы же для них делают сообразно
характеру работ, для которых предназначен данный микроскоп.
Оптическая схема микроскоиа Грену отличается от обычной:
34 Зак. 3730. Справочн. кн. оптико-механшса. 529
Рис. 452.
Рис. 454.
530
именно внутри тубуса помешена призма, оборачивающая изо¬
бражение. Тубусы свободно переставляются с одного штатива на
другой.
На рис. 453 изображен штатив Цейсса, служащий для наблюде¬
ния больших объектов.
Для освещения объектов искусственным светом, при наблюдении
в отраженном свете, служат специальные иллюминаторы с лампоч¬
кой накаливания (6 V), насаживаемые на тубус в гильзу. При
изготовлении объективов надо обращать особое внимание на их
идентичность (объективы приходится приобретать всегда парами).
То же относится и к окулярам.
Обычно увеличение объективов не превосходит 12х, что
с окуляром до 28х дает увеличение 336х.
Дрюнер приспособил бинокулярный микроскоп типа X к фото¬
графической камере, которая строится Цейссом следующим обра¬
зом (рис. ,454). Тело камеры устроено в виде пирамиды, разделенной
внутри перегородкой. На задней установочной доске расположены
кассета 6 и установочный диск 7. Передняя доска содержит
металлический кожух 2, дающий направляющие для ползуна, на
котором привинчена пара объективов. Внутри него расположен
затвор для съемки моментально и с выдержкой (5).
Кассета предназначена для пластинок 6X6 см. Она сделана
по образцу разъемной с заслонками из эбонита. Имеется защелка,
которая входит в соответствующее место рамы и закрепляется
винтом. Поверх пластинок вставляется автохромфилътр, выравни¬
вающий „кассетовую разницу“.
Увеличение при камере Дрюнера:
Пара объективов 2х 3х 5х 6х 7х 8х 12х
Без насадки 2 3 4 6 7 8 12
С насадкой 8 12 16 24 28 32 48
Камеру можно снабдить вспомогательной трубкой для насадки,
состоящей из объектива и окуляра. Если камера снабжена
насадкой^ то приходится применять изогнутую трубку большого
увеличения.
В последнее время препарировальные микроскопы стали строить
с барабанными объективными частями, с тем чтобы объективы не
вынимать, а включать простым поворотом барабана. Такой является
например удобная модель Бауш и Ломб. Наиболее поздняя модель
принадлежит К. Цейссу (рис. 454 а). Она представляет большие
удобства во многих отношениях, в частности весьма стабильна
в установке, имеет ряд регулировок, и, что особенно удобно,
окулярные трубки наклонены под углом в 45°. Кроме того имеется
искусственное освещение объекта для непрозрачных объектов
посредством маленькой электрической лампочки, свет от которой
помощью оптической системы передается в среднюю трубку бара¬
бана. 4 пары объективов, укрепленных постоянно на барабане,
34* 531
путем поворотов последнего подводятся к объекту и становятся
автоматически в требуемое положение.
Той же фирмой выпущен недавно так называемый „бино¬
кулярный луповый микроскоп“ с широким полем зрения (рис. 454 б).
Тубусы и окуляры оформлены в виде призматического бинокля.
Объективная часть представляет собой кожух, в который вста¬
вляются парами объективы увеличений l/2X, l1!* и 2*/2Х. Имеются
2 пары окуляров с увеличениями 8х и 121/гх. Предусмотрен
ряд штативов, приспособленных к разным техническим надобностям.
Рис. 454 а. Рис. 4546.
§ 14. Проекционные микросистемы
Общие оптические свойства — см. гл. XII.
Существует немало систем, предназначенных для проекции
микрообъективов. Проекционные микроскопы в основной своей
части- (мтфоскопы) ничем не отличаются от обычных, за исключе¬
нием того, что в них применяют окуляры с выравненным полем
(так называемые проекционные окуляры, или гомалы), так же как
и при микрофотографии.
Однако проекцию можно вести и без окуляра. При этом объ-
е стивом служат или обычный объектив микроскопа или специаль-
532
ные фотографические объективы. Последние всегда применяются
для макропроекдии (проекции крупных объектов).
В сложных проекционных микроскопах осветительная часть
устроена сложнее, чем обычно в микроскопе (конденсор). Она
состоит из ряда линз и диафрагм, регулирующих как освещенность
объекта, так и размер освещенного поля. Конструкция этих систем
была предложена Келлером и Рором. Эти системы применяются
и в микрофотографических и металлографических установках для
съемки как без окуляра, так и с последним.
При работе без окуляра имеют применение следующие системы.
При макропроекции, когда объективом служит фотографический
объектив, обычно перед источником света устанавливается двух¬
линзовый конденсор, а за ним — диафрагма.
При микропроекции без окуляра нет возможности приблизить
источник света близко к объекту, а в связи с этим и конден¬
сор .требует удаления. Из схемы рис. 455 видно, что источник
света L установлен вблизи переднего фокуса первой линзы кон¬
денсора Кг Последний в этом случае называют коллектором.
Изображение источника следовательно очень далеко. Вторая линза
конденсора /С2, помещенная близко от микроскопа, принимает свет
от первого и дает изображение источника света внутри объектива
микроскопа Ob с диафрагмой Z/. Препарат находится в О. Бла¬
годаря этому получается хорошо и ровно освещенное изображение.
Фокусное расстояние К2 значительно больше, чем у Ob.
Некоторый недостаток этой системы — в том, что нет регу¬
533
лировки апертуры пучка и будет происходить виньетирование на
краях изображения, так как диафрагма стола оказывается в невыгод¬
ном месте. Поэтому лучший результат получается в системе, где
коллектор дает изображение на конечном расстоянии (рис. 456).
Вторая линза конденсора К2 служит как бы объектом, следо¬
вательно разница только в том, что источник L заменяется L'.
Но тогда в этом месте (Z/) можно поместить ирисовую диафрагму
и таким образом регулировать
размер источника, согласовывая
его с диаметром объектива. Кроме
того перестановкой Кх относи¬
тельно U можно регулировать
величину Z/, сохраняя общее ко¬
личество света. -Ограничение же
освещенного поля будет про¬
изводиться диафрагмой стола ми¬
кроскопа. При более сильных объ¬
ективах, когда изображение источ¬
ника должно быть значительно
уменьшено, при неизменном его
расстоянии, приходится ввести
еще одну линзу. В этом случае
изображение Ü получают через
коллектор Кх и вспомогательную
линзу, близко от последней. Между
ним и коллектором ставится ирис-
диафрагма. Вторая линза конден¬
сора с ирис-диафрагмой впереди
ставится недалеко от стола объекта
микроскопа, так чтобы изображе¬
ние И оказалось в выходном
зрачке объектива L". Диафрагма
между коллектором и вспомога¬
тельным конденсором служит диа¬
фрагмой поля зрения, а диафрагма
линзы /С2 — апертурной диафраг¬
мой. Таким образом и освещен¬
ность и поле можно точно регу¬
лировать без виньетирования по¬
следнего.
При проекции с окуляром, когда пользуются конденсором
микроскопа с ирисовой диафрагмой, достаточно иметь только
один коллектор с ирисовой диафрагмой. Тогда изображение источ¬
ника можно расположить в плоскости диафрагмы конденсора
микроскопа, а второе его изображение окажется в выходном
зрачке объектива (оно же будет в выходном зрачке всего микро¬
скопа). Изображение диафрагмы коллектора окажется в плоскости
объекта (и следовательно в плоскости изображения окуляра).
534
Рис. 457.
Все регулировки окажутся возможными, как и в предыдущем
случае.
В случае применения этой схемы для микрофотографии часто
приходится сильно уменьшать апертуру. Поэтому неизбежно при¬
менение указанной выше схемы Келлера.
На рис. 457 изображен специальный проекционный микроскоп.
Существует ряд моделей более сложных и более простых.
Цейсс удачно комбинирует оптические скамьи с рейтерами,
на которых расположены части, употребляемые в других областях
проекции, с микроскопом, аналогично установке, изображенной
на рис. 3366, Это дает ряд моделей проекционных микроскопов.
Приспособление к микроскопу зеркала, аналогичного рисовальному
аппарату Аббе (микроскоп расположен горизонтально), дает тип
проекционно-рисовального аппарата. Такой аппарат, имеющий
специальный регулируемый стол с обычными скамьей и частями
для проекции на рейтерах, носит название аппарата Гриля
(Griel). Существует немало других моделей проекционно-рисоваль¬
ных аппаратов разных фирм, принципиально мало отличных.
§ 15. Специальные типы микроскопов
Применение микроскопа к разным случаям исследований и
измерений часто заставляет конструировать специальные установки
с микроскопом, подобно микрофотографии и микрометаллографии.
К таким установкам относятся следующие.
1. Дорожные (складные) микроскопы. Их особенность заклю¬
чается главным образом в том, что все части компактно уклады¬
ваются в футляр чемоданного типа. Ножка или снимается или
отгибается. Предметный столик также часто отгибается. Все
съемные и дополнительные части располагаются в футляре с наи¬
большей компактностью. Оптика—та же. Подобные же складные
типы имеются и у препарировальных микроскопов (по Грену).
2. Портативные микроскопы, предназначенные для путе¬
шествий, бывают разнообразных специальных форм. Например
так называемый „панкратический микроскоп“ не имеет никаких
приводов для движения, двигается лишь тубус (от-руки). Измене¬
ние увеличений частично производится выдвижением тубуса. Ка¬
чество изображения от этого страдает. Однако имеется набор
объективов и окуляров. Иногда к тубусу пристроен „червячный
ход“, действующий помощью кольца.
3. Трихиноскопы. Простейшие модели не отличаются от обык¬
новенных микроскопов, но столик имеет большую длину. Спе¬
циальные трихиноскопы являются одновременно проекционными.
Они применяются на мясобойнях. Со столиком связан механизм,
автоматически перемещающий его на равные интервалы электри¬
ческим способом.
4. Музейные микроскопы — для демонстрационных целей —
представляют собой аппарат с микроскопом, помещенным внутри;
535
окуляр выведен за стенку футляра. Имеется барабан для помеще¬
ния большого числа препаратов. При повороте его можно наблю¬
дать серию изображений, подобранных по циклу той или иной
темы.
5. Карманные микроскопы имеют форму, напоминающую
„вечное перо“. Изменение увеличения производится передвиже¬
нием объектива относительно окуляра при помощи вращения
наружного кольца. Эти микроскопы строятся для увеличений до:
20х, 40х, 60х, 80х и 100х. Для них имеются специальные шта-
тивики, так что можно не держать их в руке. Имеются все при¬
надлежности для темного поля, поляризационные и т. п.
6. Измерительные микроскопы (см. гл. XXIV). В приборах и
машинах для измерений длин, углов, профилей и пр. применяют
микроскопы. Иногда сообразно назначению они содержат спе¬
циальные дополнительные оптические части, например для удли¬
нения тубуса. В ряде случаев с ними ведется проекция и фото¬
графия. Особенность этих микроскопов заключается главным
образом в применении точных механизмов для разных перемеще¬
ний либо окулярной части (сетка, шкала, нити) либо всего микро¬
скопа. В механике большую пользу приносят так называемые
профильные микроскопы.
7. Микроманипуляторы. Под этим названием существует ряд
приборов, в которых исследовательский микроскоп связан с рядом
тонких механизмов, производящих разные манипуляции над объек¬
том (обычно биологическим). Ряд микроскопического размера
инструментов движется при помощи передач с микрометренными
винтами в поле зрения объектива. Инструментами служат: иглы,
ножницы, ножи, пипетки и другие специального типа инструменты.
Они большей частью изгртовлены из кварцевых нитей или плати¬
новых проволок.
8. Микрокинематограф. Применение микроскопа для кино¬
съемки весьма распространено в разных областях (наука, меди¬
цина, военное дело, промышленность). Имеются установки от
самых портативных, малых, до больших стабильных, устроенных
на фундаментах. В установке Цейсса (переносной) с микроскопом
соединена камера Кинамо с количеством пленки 25—30 м. Но
имеется и стабильная установка с большой кинокамерой. Из
больших установок известны: Герца, Командора, Аскания и др.
Съемка производится либо непрерывно либо через заранее задан¬
ные интервалы. Для последнего служит специальный прибор —
цейтрафер, который автоматически включает на короткие про¬
межутки времени освещение и киноаппарат. В этих случаях при¬
менение фундаментов и специальных амортизаторов для предо¬
хранения от тряски обязательно. Съемки можно вести как при
светлом, так и при темном поле.
Микроскоп имеет и ряд других специальных применений. Су¬
ществуют специальные установки для съемки в ультрафиолетовых
лучах (Келлера и Рора и др.), в рентгеновских лучах и т. п.
Jl. Г. Титов
Глава XV
СТЕРЕОСКОПЫ
Принципы стереоскопии и стереоскопического зрения см.
гл. III.
Действие стереоскопов, служащих для рассматривания картин
на бумаге или стекле, или даже на экране, основано на искус¬
ственном разделении зрения обоими глазами на два независимые
впечатления, близкие к тому, что
получается в действительности,
когда оба глаза рассматривают
один пространственный объект.
Эти впечатления создаются при
помощи картин (чаще всего фото¬
графий, воспроизведенных стере¬
оскопическими камерами), пред¬
ставляющих собой изображение
предмета в том виде, как он
представляется каждому (левому
и правому) глазу. При этом каж¬
дый глаз смотрит на относящуюся к нему картину.
Для фиксации зрения на соответствующих картинах и для.
увеличения последних применяют оптические средства, например
две лупы, разделенные перегородкой, или даже две призмы. Часта
эти призмы одновременно являются лупами (т. е. имеют сфери¬
ческие поверхности) для получения увеличения. Изображение
должно при этом находиться (как и в лупах) или на расстоянии
ясного зрения или (лучше) на бесконечности.
Для повышения качества изображения применяют (в более
совершенных стереоскопах) сложные лупы.
На рис. 4^8 изображен линзовый стереоскоп Ришара, приспо¬
собленный для рассматривания картин как непрозрачных (на
бумаге), так и прозрачных (на стекле). Часто подобные стерео¬
скопы составляют дополнительную принадлежность стереокамеры.
На рис. 459 изображен схематически стереоскоп с призмами.
Ход лучей виден из рисунка.
537
Рис. 458.
Наиболее старинный стереоскоп, имеющий немалое распро¬
странение и в настоящее время, — Брюстера. В нем простая
линза разрезана пополам; каждая половина — для одного глаза.
Поверхности разреза повернуты наружу. В этом стереоскопе
имеется довольно значительная аберрация косых пучков света, и
возникает значительная дисторсия, что при бинокулярном зрении
вызывает ощущение неправильной глубины предмета.
Для исправления этого в позднейшее время начали применять
так называемые веранты. Эти системы свободны от дисторсии и
астигматизма. Они дают небольшую ширину изображения (5 см),
но угол наблюдения значительно больше, чем в обыкновенном
(призменном) стереоскопе. При фокусном расстоянии линз в 7 см
достигают увеличения в 31/г раза.
В некоторых случаях в качестве стереоскопа может служить
сама стереокамера, если кассету заменить рамкой, содержащей
диапозитивы, полученные с негативов,
снятых этой камерой. Последнее благо¬
приятствует также наибольшему прав¬
доподобию изображения предмету, так
как рассматривание идет через те же
объективы. Такой например является
камера вераскоп Ришара.
Иногда стереоскоп оформляют в ви¬
де специальных аппаратов, в которых
картины могут быстро заменяться по¬
воротом ручек аппарата. Кроме того
внутри аппарата имеется запасное по¬
мещение для хранения большого коли¬
чества картин. Таков например Planox
Ришара (рис. 460).
В более совершенных стерео¬
скопах линзы могут заменяться и
тем можно установить разное увеличение. В стереоскопе Цейсса
(рис. 461 а и б) имеются линзы для увеличений от 15х до 36х.
Кроме того регулируется расстояние луп по расстоянию глаз.
Примерная оценка глубины может быть произведена при помощи
передвижных штифтов на шкалах.
При помощи стереоскопа можно приблизительно оценивать
глубину, т. е. расстояние предметов, находящихся в разных
планах местности. Для этой цели устроена специальная стерео-
шкала, представляющая собой знаки, расположенные соответ¬
ственно расстоянию предмета, учитывая расстояние изображения
(рис. 462).
Для повышения стереоскопического рельефа, главным образом
для восприятия его в случае, когда фотографии получены при
помощи камеры (или двух камер), имеющей большое расстояние
объективов, применяются стереоскопы другой конструкции, поз¬
воляющей при достаточной портативности образовать необходимое
538
Рис. 459.
расстояние между картинами. Таков например стереоскоп Цейсса
(рис. 463 и 464).
Стереоскопы имеют большое применение в стереограмметрии
и часто связаны с точными
измерительными механизмами
(см. гл. VI).
Существуют и иные мето¬
ды образования стереоскопи¬
ческих изображений.
' 4 Так например один из наи¬
более простых методов заклю¬
чается в том, что картина де¬
лается с двойными контурами
разных цветов (большей частью
красный, зеленый). Цвета долж¬
ны быть дополнительными,
с тем чтобы при соединении
их в зрительном восприятии
они давали белый цвет. Гус¬
тота краски дает необходимые
контрасты света и тени.
Для рассматривания таких
картин глаза вооружаются очками^с простыми цветными стеклами
или окрашенными желатиновыми пластинками. Оправа часто де¬
лается картонной.
Стереоскопические картины можно наблюдать и на экране,
Рис. 461а. Рис. 4616.
если проектировать на определенном расстоянии две картины,
а глаз вооружить соответствующим средством: зрительной трубой
или цветными очками (в случае картины с двойными контурами).
539
Рис. 460.
В этих случаях стереоскопический эффект довольно сильшГзави-
сит от местоположения зрителей.
Таким же образом можно применить стереоскопию к кинема¬
тографу— стереокино. Для последней цели изобретено множество
систем, например система, в которой перед зрителем устанавли¬
вается вращающийся диск, поочередно открывающий левый и
Рис. 462.
правый глаз синхронно с переменой кадров кинокартины на
экране, В этом случае картина получается так, что кадры по¬
очередно снимаются со¬
ответственнорасположен¬
ными в киносъемочном
аппарате объективами.
Имеется приспособление,
производящее эту пере¬
мену (например специ¬
альный вращающийся об¬
тюратор или быстро вра¬
щающаяся призма).
Все эти системы (сте¬
реокинопроекции) впол¬
не удовлетворительных
результатов не дают, так
как впечатление всегда
зависит от местоположе¬
ния зрителей. Кроме того вооружение глаз искусственными сред¬
ствами доставляет зрителям неудобства.
Было предложено много систем, дающих стереоскопический
эффект косвенными путями (псевдостереоскопия). Однако без
540
Рис. 463.
вооружения глаз (т. е. разделения впечатления их) эти способы
удовлетворительных результатов не дают.
В последнее время применен принцип вращения съемочной
камеры по малой дуге для получения последовательных снимков,
^яющих впечатление глубины и проектируемых на экран. 1
Рис. 464.
Стереоскопы иногда применяют в качестве учебного средства
для обучения наблюдателей обращению со стереоскопическими
приборами типа зрительных труб, главным образом таких, кото¬
рые предназначены для измерений расстояний на стереоскопиче¬
ском принципе (стереодальномеры). В этих случаях они имеют
специальное устройство.
1 Этот принцип видимо имеет большие преимущества, так как глу¬
бина здесь образуется вследствие рассматривания предмета как бы
с разных сторон. /
Г. Н. Раутиан
Глава XVI
КОЛОРИМЕТРИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ
§ 1. Колориметры для определения концентрации
Приборы, служащие для определения концентрации но равен¬
ству цвета испытуемого и стандартного растворов одного и того
Рис. 465а.
Рис. 4656.
же красителя, называются колориметрами, хотя и не имеют ни¬
чего общего с измерением самого цвета, как это происходит
в подлинных колориметрах.
Основное уравнение для этого типа приборов:
позволяет вычислить неизвестную концентрацию Cv если известны
концентрация С2 в столбе сравнения и высоты hx и h2 двух сра¬
вниваемых по цвету столбов жидкости:
Схема колориметра Дюбоска, а4 также его внешний вид при¬
ведены на рис. 465 а и б. Здесь видны два стаканчика Кг и К2>
высота жидкостей в которых изменяется при передвижениях по¬
лых стаканчиков Тг и Г2, имеющих плоскопараллельное дно.
С помощью призм Рх и Р2 и окуляра глаз может сопоставлять
цвет растворов в том и другом стаканчике и устанавливать эти
последние так, чтобы осуществлялось полное равенство цвета обоих
полей. Поле зрения освещается с помощью белого матового
экрана Ж, который может вращаться вокруг горизонтальной оси,ч
Рис. 466.
Рис. 467.
изменяя при этом свою яркость в зависимости от наклона падаю¬
щих на него лучей. С подвижными трубками Тг и Г2 связаны
указатели, которые перемещаются вдоль шкал, позволяя находить
высоты столбов жидкости в стаканчиках Kt и К2.
В этом колориметре, а также и во многих других типах, на¬
пример в колориметре Вольфа (рис. 466), отличающемся тем, что
изменение высот жидких столбов достигается сливанием жидкости
через краны АЛ и А2, применяются для сопоставления полей призмы
Френеля Рг и Р2. Это не дает возможности достигнуть всей воз¬
можной для глаза точности в уравнивании цвета полей, так как
линия раздела между полями оказывается неизбежно широкой и
остается видимой также и в момент равенства.
Значительно более совершенным является в этом отношении
543
представленный на рис. 467 колориметр Крюсса, использующий
.для сравнения полей кубик Люммера, в остальном же не отли¬
чающийся существенно от других подобных приборов. Для ком¬
пенсации поглощения, обусловленного наличием дополнительной
призмы Рг в одном из пучков, в другой пучок вводится эквива¬
лентная толща стекла Р".
Возможны колориметры для определения концентрации также
и двух одновременно растворенных красителей. Длд этого надо
поместить в один из пучков две трубки с эталонными жидкостями —
' одну над другой — и сравнивать их суммарный цвет с цветом
исследуемого раствора.
Если равенство цвета имеет место при некоторой высоте их
столбов ht и /г2, то концентрации Сх и Су обоих красителей
определяются из выражений:
где h — высота столба измеряемой жидкости, а С, и С2— эта¬
лонные концентрации в расположенных друг над другом трубках.
В случае слабо окрашенных средин нельзя пренебрегать погло¬
щением красителя. В этих условиях необходимо иметь возмож¬
ность производить уравнивания яркости сопоставляемых полей в са¬
мый момент сравнения цвета. Это достигается простейшим обра¬
зом, если каждое поле колориметра освещать отдельной матовой
пластинкой, имеющей самостоятельное вращение.
На рис. 468 показана схема колориметра для измерения кон¬
центрации хрома и железа в оптическом стекле (jc). Вместо жид¬
ких столбов здесь применены стеклянные клинья и Q2 с от¬
дельными красителями, проградуированными непосредственно по
их концентрации.
§ 2. Приборы для измерения цвета
Измерение цвета сводится в основном к осуществлению цвета,
неотличимого во всех отношениях от измеряемого. Количествен¬
ные данные, характеризующие условия воспроизведения этого цвета
сравнения, служат для определения тождественного с ним изме¬
ряемого цвета.
Колориметры отличаются между софой главным образом по
способам получения цвета сравнения. Можно установить деление
на приборы, основанные на аддитивном смешении цветов и осно¬
ванные на субтрактивном принципе.
1. Приборы, основанные на аддитивном смешении цветов.
Аддитивное смешение может быть стационарным или субъектив¬
ным (быстрое чередование раздражения ретины).
Простейший из колориметров аддитивного смешения—вертушка
Максвелла — представляет собой диск, приводимый в быстрое
вращение, отдельные секторы которого окрашены в три исходные
544
цвета, в общем случае рациональнее всего — красный, зеленый и
фиолетовый.
Распространенная форма прибора — диск, насаживаемый на
ось электромотора и закрепляемый гайкой с прерванной в трех
местах резьбой (принцип орудийного затвора). На ту же ось наде¬
ваются прилегающие к диску круги из окрашенной в исходные
цвета желатинированной бумаги. Разрезанные вдоль одного радиуса,
они частично налегают один на другой, и таким образом диск
оказывается разделенным на три различного цвета части. Диск
имеет деления по окружности для численной характеристики угло¬
вой величины каждого из цветных секторов. Сливаясь для глаза
при вращении, последние дают цвет, тождественный с измеряемым.
Эти три числа и являются точной и однозначной характеристикой
испытуемого цвета.
Тип Загаринского 1 — очень дешевый — представляет неболь¬
шую вертушку, приводимую во вращение дутьем от обычной рези¬
новой груши-меха. Необходимое при этом уменьшение размеров
диска, а следовательно и шкалы несколько снижает точность от¬
счетов (рис. 469).
Никерсон2 предложила конструкцию (рис. 470), позволяющую
производить сопоставление в окуляре смешанного на диске цвета
с цветом измеряемой поверхности довольно больших размеров и
притом неоднородной по своей фактуре (образцы сена, почвы и т. п.).
1 Н ю б е р г, Цветовые измерения и стандарты.
2 D. Nickerson, A Colorimeter for use with disc mixture, J. O. S. A.
21, 640, 1931.
35 Зак, 37S0. Справочн. кн. оптико-механика. 545
Рис. 468.
Рис. 469.
Вместо вращения диска применяется вращение отклоняющей лучи
призмы.
На том же принципе основан колориметр Гилда, один из
наиболее выработанных и точных приборов для измерения цвета,
получивший широкую известность и распространение за границей
(рис. 471 — вид сбоку, рис. 472 — общий вид).
Вращаемая мотором стеклянная призма р направляет в оку¬
ляр о через кубик Люммера к свет, проходящий поочередно через
то или другое из трех отверстий а в передней доске прибора,
прикрытых светофильтрами основных цветов. При достаточной
скорости вращения (около 2000 об./мин.) происходит полное сме¬
шение чередующихся цветов. Расположенные перед отверстиями
экраны секторйальной формы, передвигаемые с помощью зубчатого
сцепления вращением какой-либо из трех рукояток /г, позволяют про¬
извольно изменять величину каждого из отверстий и тем менять
количественно каждый ч из трех смешиваемых цветных потоков
света.
В последних моделях прибора отсчет величины отверстий про¬
изводится по шкалам, нанесенным на торце секторных экранов
при неподвижном указателе, расположенном в окне. Это позволяет
делать отсчеты одновременно по всем трем шкалам. Источником
света для цветных светофильтров прибора служит молочная лампа Ly
помещенная в особом кожухе и снабженная конденсором, ко¬
торый проектирует изображение лампы в выходной зрачок при¬
бора, совпадающий с отверстием в окулярной раковине.
Измеряемый цвет С наблюдается в другой половине поля зре¬
ния кубика в проходящих через кубик лучах. Объект измерения
располагается за прибором в коробке Д назначение которой —
обеспечить освещение испытуемого материала исключительно одним
только стандартным источником, устранив постороннее освещение.
Линза / проектирует изображение измеряемого объекта в пло¬
скость отверстия окулярной раковины. Поэтому все структурные
особенности объекта становятся незаметными, и соответственная
половина поля зрения имеет вполне равномерную яркость.
546
Рис. 470.
Если измеряемый цвет более насыщен, чем соответственные
смеси, которые могут быть получены с помощью основных цветов
прибора, применяется прием так называемого разбавления изме¬
ряемого цвета, позволяющий получить полное уравнивание цвета
Рис. 471.
в обеих половинах поля зрения и таким образом осуществить
цветовое уравнивание, но уже в виде:
вместо обычного:
Рис. 472.
Cx находится теперь из формулы:
Сх — аСг -{- ßC2 -j- 7С3 — гС,
где С — один из цветов Cv С2 или С3, примененный в качестве
разбавляющего.
Для разбавления служит призмочка pv принимающая свет от
той же молочной лампы, направляемый затем с помощью второй
35* 547
призмочки р2 и плоскопараллельной пластинки t в кубик, так что
он накладывается на измеряемый цвет. Количество разбавляющего
света изменяется при вращении ручки г, поворачивающей круго¬
вой нейтральный клин около призмочки pv
При помещении около призмы еще цветных светофильтров
будет изменяться также и качество примешиваемого разбавляющего
света. Обычно для этой цели применяются светофильтры тех же
основных цветов.
В нашем Союзе получает распространение прибор (рис. 473),
основанный на статическом принципе смешения (Л. И. Демкина,
ГОИ). Источником света служит побеленный изнутри сосуд Sv
содержащий мощную лампу (300 — 500 W). Отверстие в его стенке
проектируется конденсором L на белую диффузно-отражающую
пластинку Р. О
548
Рис. 473.
Перед конденсором находится диск D с тремя вырезами
секториальной формы, содержащими светофильтры основных цве¬
тов. Вырезы прикрываются в той или иной мере задвижками, также
секториальной формы, снабженными такими же шкалами, как и
в приборе Гилда, с тем же устройством для отсчетов.
Смешение основных цветов на пластинке Р осуществляется
тем, что конденсор L дает в результате работы каждого из
трех секторных вырезов три взаимно налагающиеся цветные изоб¬
ражения. Изменение соотношения трех смешиваемых на пластинке Р
потоков достигается передвижением заслонов d с помощью трех
ручек, из которых две, удобства ради, имеют одну общую ось.
Разбавляющее устройство — как у Гилда, но отсутствует серый
круговой клин, и разбавление осуществляется твердо установлен¬
ными количествами добавляемого света. Передвижной диск с от¬
верстиями g, прикрытыми различными светофильтрами, позволяет
применить для разбавления различно окрашенный свет.
Кубик Люммера К несет на себе линзу lv которая ограничи¬
вает используемый на пластинке Р участок. Подобная же линза /2
помещена с той же целью около выходного отверстия прибора.
Испытуемый объект у помещается в коробке N, устроенной
так же, как и в колориметре Гилда, либо на месте белой пла¬
стинки, если измеряется цвет объекта в отраженных лучах, либо
перед нею, если объект / представляет собой светофильтр.
Источник <92, перемещаемый вдоль рельса /?, служит для освеще¬
ния измеряемого объекта, причем перед ним располагается еще двой¬
ная стеклянная кюветка со стандартизированными растворами, обра¬
зующими светофильтр, который придает излечению источника vS2
нормальное спектральное распределение интенсивности.
Кюветка W—стандартного типа, разъемная, из двух' прокла¬
док по 10,0 мм толщины черного стекла (марблит) и трех пла¬
стинок прозрачного оптического стекла (С-12 или С-14) толщиной
не более 2 мм.
Общим для колориметров условием, обеспечивающим правиль¬
ность получаемых результатов, является ограничение их поля зре¬
ния, с тем чтобы работающий участок ретины содержал по воз¬
можности меньше палочек, т. е. соответственно размерам fovea
centralis, содержащей одни только колбочки, около 2°.
Специальное исследование, проведенное в ГОИ, показало однако,
что увеличение размеров окулярного поля зрения до 4°, при доста¬
точной яркости его, не привносит заметных систематических оши¬
бок и, способствуя повышению точности отсчетов, должно быть
рекомендовано во всех новейших колориметрических устройствах.
Диаметр отверстия в окулярной раковине, ограничивающего
выходной зрачок прибора, делается обычно равным 3 мм.
Видоизменением вышеописанного прибора является колориметр
переносного типа Л. И. Демкиной (ГОИ).
Из рис. 474 видно, что источник света (молочная лампа) одно¬
временно служит и для получения цвета сравнения и для освеще¬
549
ния испытуемого образца, помещаемого в а или в Ь> в зависимости
от того, наблюдается ли он в проходящем или в отраженном свете.
Линза /г проектирует отверстие в осветителе на белую пластинку Я.
Другая линза /2 отбрасывает изображение того же отверстия в осве-
Рис. 474.
тителе на а. Кубик Люммера К позволяет сопоставить одновре¬
менно цвет пятна на пластинке Р с цветом объекта, наблюдаемого
в проходящих через кубик лучах.
На рис. 475 представлено схематически устройство сложного
светофильтра, располагаемого перед лин¬
зой 1Х (рис. 474), отверстие которой при
всех условиях работает полностью.
Изменение соотношения потоков достига¬
ется передвижением сложного светофильт¬
ра в вертикальном и горизонтальном на¬
правлениях и отсчетом этих перемещений
по особым шкала!*, Для установления яр-
костного равенства обоих полей служит
диафрагма переменного отверстия („коша¬
чий глаз“), располагаемая около линзы 4,
изменяющая количественно освещение
объекта. Прибор помещается в ящике
сравнительно Небольших размеров на шта¬
тиве и содержит в себе также реостат с вольтметром для лампы.
Около лампы, помещается стеклянный светофильтр „дневного
света“, исправляющий спектральный состав излучения лампы до
нормы.
550
Рис. 475.
Рис. 505а.
Рис. 505г.
Зак. 3730. Оправочн. кн. оптико-механика.
2. Приборы, основанные на субтрактивном принципе. Из
колориметров, построенных на субтрактивном принципе, можно
указать колориметр Джонса.1 Внешний вид прибора, которому
приданы черты походного инструмента, представлен на рис. 476,
а устройство его видно из схемы рис. 477.
Рис. 476.
Одна половина поля зрения освещается лучами от рассматри¬
ваемого участка дали, а другая — светом небольшей лампы, осве¬
щающей молочную пластинку и питаемой от переносной батареи.
Рис. 477.
Между лампой и кубиком Люммера располагаются светофильтры,
в количестве 4, в виде подвижных клиньев. Свет проходит через
эти цветные клинья, последовательно поглощаясь в той или иной
мере з каждом из них, почему этот прием получения цвета срав¬
1 J. О. S. A. IV, 423, 1920.
551
нения и называется субтрактивным. В зависимости от того, какое
место данного цветного клина работает, определяется роль его
в образовании результирующего цвета.
В случае субтрактивной колориметрии для клиньев приходится
выбирать за основные цвета промежуточные между основными
для аддитивного смешения, а именно здесь один клин делают пур¬
пурным (минус зеленый), другой — сине-зеленым (минус красный)
и наконец третий — оранжевым (минус фиолетовый).
Как пример на рис. 478 приводятся кривые пропускания свето-
Рис. 478.
фильтров колориметра ГОИ, с обычным в субтрактивных прибо¬
рах пологим ходом по спектру, позволяющим иметь наибольшее
разнообразие цветов при наименьшей плотности, так как резуль-
I I
Рис. 479.
тирующий цвет определяется произведением трех пропусканий:
7ИХ). 7-2(Х). ToJI)=T(k).
Так как три цветные клина заведомо не могут охватить всех
возможных цветов, приходится приноравливать клинья к области
наиболее вероятных при измерениях цветов.
В субтрактивном колориметре ГОИ поле сравнения также осве¬
щается белой пластинкой, получающей свет от небольшой лам¬
почки, заключенной в приборе.
Клинья в приборе ГОИ сделаны легко сменяемыми. В каждый
данный момент работает лишь пара клиньев, позволяющая осу¬
ществить различные промежуточные цвета. Третий клин — ней¬
тральный— служит лишь для уравниваний яркости.
Для большей равномерности цвета в приборах с клиньями
552
вводятся в ход лучей еще так называемые подклинъя, т. е. свето¬
фильтры в виде коротких клиньев из тех же красителей и с тем
же градиентом плотности, назначение которых — компенсировать
изменение плотности, а следовательно и изменение окраски вдоль
каждого клина.
На схеме рис. 479 изменение плотности изображено в виде
изменения толщины клина. В каждом данном месте сумма толщин
обоих клиньев остается постоянной.
Г. //. Раутиан
Глава XVII
РЕФРАКТОМЕТРИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ
Принцип работы рефрактометров вытекает из правила вычис¬
ления предельного угла и приводит в общем виде к формуле
(рис. 480):
пх = sin А У N2—sin2 ß -j- cos Л sin ß,
где nr — искомый коэфициент преломления,
А — угол Аризмы, N—коэфициент преломле¬
ния призмы, ß— угол выхода.
В случае Л = 90° (рефрактометры Пуль-
фриха —■ Цейсса, Хильгера и др.) следует:
пх = У А/2—sin2 ß.
В случае А = 60° [рефрактометр Гилда
(Беллингем и Стенли)] получается формула:
пх = \ [V 3 (iV2 — sin'2 (3) + sin ß].
В обоих случаях пх находится по заранее рассчитанным та¬
блицам как функция угла выхода ß.
Непосредственной задачей рефрактометра является таким об¬
разом измерение предельного угла выхода ß.
§ 1. Рефрактометр Пульфриха
Схема рефрактометра Пульфриха дана на рис. 481, а на
рис. 482 — внешний вид его последней модели Цейсса.
Зрительная труба Т небольшого увеличения со сломанной
под 90° оптической осью, установленная на бесконечность, смотрит
на последнюю грань призмы Р. Труба жестко скреплена с под¬
вижным, деленным на градусы и полуградусы кругом и служит
для определения предельного угла выхода ß. Отсчет ведется по
неподвижному нониусу, разделенному на 30 частей, т. е. с номи¬
нальной точностью до ±0,5'. Нуль нониуса должен соответство¬
вать положению оси трубы Г, перпендикулярному к последней
грани призмы Р.
.554
Рис. 480.
Для определения ошибки в положении нулевой черты нониуса
труба Т снабжается автокод
лимационным приспособлением
в виде небольшой прямоуголь
ной призмочки расположенной
в фокальной плоскости оку
ляра там же где и крестовина
образованная обычно двумя
пересекающимися под у пом
€0° нитями.
Кроме грубого передвиже¬
ния круга с трубой от-руки,
имеется и тонкое передвиже¬
ние в пределах около 5° с по¬
мощью микрометренного винта
со шкалой и разделенной на
100 частей головкой, позво¬
ляющей отсчитывать до 0,1'.
На рис. 483 дана схема микрометренного винта, а на рис. 484 —
вид такого винта с коррекционным профилем шкалы, который
Рис. 4Я2.
исправляет ошибку винта, измеряющего фактически хорду, а не
угол, как следовало бы. Необходимо, чтобы плоскость рычага,
555
Рис, 481.
в которую упирается конец винта, проходила через центр [вра¬
щения деленного круга.
Призма Р делается обычно съемной и быстро сменяемой на
другие две, образующие вместе с первой набър с показателями
Njd = 1,62°85, NJIC= 1,75474, NIIJc= 1,9180б. Верхняя поверх¬
ность призмы отшлифоЁывается в виде сферы с радиусом около
40 см, на которой отполирована круг¬
лая площадка, располагаемая на при¬
боре горизонтально ,и образующая пря¬
мой угол с другой, вертикальной
гранью призмы.
На горизонтальную площадку приз¬
мы Р помещается на жидкой смазке
испытуемое тело X, которое должно
иметь две отполированные под прямым
углом грани, ориентируемые, как по¬
казано на рис. 481.
В случае измерения жидкостей на
шлифованую сферическую поверхность
призмы Р наклеивается трубка с соответственно отшлифованными
краями, образующая таким образом стаканчик, причем круглая
площадка призмы, образующая дно, может быть и должна быть
беспрепятственно освещена касательно падающим пучком.
Освещение вертикальной грани испытуемого объекта произ-
Рис. 484.
водится с помощью конденсора и спектральной трубки, содержа¬
щей разреженный водород, или с помощью прямоугольной призмы
с конденсором и натрового пламени (NaN03), располагаемого по¬
зади прибора (см. рис. 485 и 486, дающие расположение частей
в плане).
Вследствие большого температурного коэфициента у показа¬
теля преломления жидкостей—Л/г^5*10“4 на 1° — призма Р
окружается рубашкой, по которой может * циркулировать вода.
Температура воды отмечается термометром (см. рис. 482).
556
Рис. 483.
На рис. 487 представлен внешний вид рефрактометра по¬
вышенной точности французской фирмы Soci6t6 des Lunetiers.
Деленный круг, заключенный в глухой кожух, имеет увеличенный
диаметр, что позволяет нанести деления с большей точностью.
Рис. 486.
Два отсчетные микроскопа, вместо одного нониуса, исключают
ошибку от возможного эксцентриситета оси вращения круга.
Рис. 487.
Микроскопы имеют кроме того окулярныё микрометры для се¬
кундных отсчетов. Прибор рассчитан на точность в определении
п.± 1 • 10-5.
Другим типом усовершенствованного рефрактометра Пульфриха
является упоминавшийся ранее прибор Гилда фирмы Беллингем и
Стенли. Призма этого рефрактометра имеет преломляющий угол
557
Рис. 485.
,4 = 60°. Это позволяет измерить константы — угол А и показа¬
тель призмы N—на самом приборе. Деленный круг увеличен
по сравнению с рефрактометром Пульфриха до 20 см и снабжен
двумя нониусами для устранения ошибок от эксцентриситета.
Микрометренное приспособление для дисперсионных измерений
снабжено коррекционным вырезом по краю шкалы. Плоскость
подпятника на рычаге проходит через центр вращения круга.
§ 2. Рефрактометр Аббе
Рефрактометр Аббе получил к настоящему времени самое
широкое распространение. Он служит для быстрого измерения
показателей преломления как жидкостей, взятых притом в мини¬
мальных количествах, так и твердых
тел. Принцип действия этого рефрак¬
тометра представлен схематически
на рис. 488.
Через полированную плоскость
ab и матовую сторону cd нижнего
призматического блока тяжелого
флинта освещается тонкий слой из¬
меряемой жидкости, заключенный
между нижним блоком и верхней
призмой Р. Две полированные сто¬
роны ее образуют между собой
угол А= 30°. Рассеяние света матовой поверхностью cd дает
скользящие в слое жидкости лучи, которые переходят в призму Р
и выходят затем из нее под углом {3 на воздух.
Рис. 488.
Рис. 489а.
Рис. 4896.
В случае измерения твердого тела два варианта хода лучей
представлены на рис. 489 а и б. Освещение производится теперь
или через окошечко в оправе призмы Р (рис. 489 а) или через
боковую грань исследуемого тела (рис. 489 б).
Схема устройства рефрактометра показана на dhc. 490, а внеш¬
ний вид—на рис. 491.
Труба Т, состоящая из ахроматического объектива и окуляра
типа Рамсдена, установлена на бесконечность и принимает выхо¬
558
дящие из призмы Р лучи. Она жестко скреплена с рычагом, не¬
сущим лупу и отсчетный указатель, скользящие при поворотах
рычага и трубы вдоль круговой шкалы, разделенной непосред¬
ственно на показатели от п— 1,30 до п= 1,7. Труба имеет в фо¬
кальной плоскости окуляра крестовинку, а впереди объектива —
систему из двух тройных призм Амичи малого угла, могущих вра¬
щаться в противоположных направлениях. При этом суммарная
их дисперсия может изменяться от нуля до двойной величины
для одной призмы. Таким
образом эти призмы могу*1*
компенсировать хроматиче¬
скую разность в углах
выхода ß лучей с раз-
Рис. 491.
личными длинами волн. Наблюдаемая в трубу граница между ос¬
вещенной и неосвещенной частями поля зрения делается при этом
п есцветной н четкой, соответствуя углу выхода для одной опре¬
деленной длины волны, именно 5893 А (линия /Э^натрия). Шта -
тив прибора имеет ось, вокруг которой может вращаться вся
система из трубы, рычага с указателем и призм. При измерении
жидкостей удобно положение трубы и пр., показанное на рис. 491;
для твердых тел система поворачивается так, чтобы призмы были
выше трубы, которая смотрит при этом окуляром наклонно вниз. Из¬
мерение жидкостей требует постоянства температуры, для чего
призмы одеты, как и в рефрактометре Пул^фриха, металлической
рубашкой, по которой может быть пропущек ток воды.
Точность измерения nD в сильной степени зависит от ка-
559
Рис. 490.
номинально:
—з
: 1—2 • 10'
чества выработки прибора, дающего
при цене деления шкалы, равной 1 • 10
В более поздних моделях прибора перемещение рычага и трубы
относительно призм производится, не просто давлением пальцев,
а с помощью зубчатого зацепления, состоящего из дуги зубчатого
колеса, нанесенной на нижней стороне шкалы, и шестеренки
с ручкой.
Призматический блок делается иногда съемным, а не откидным.
§ 3. Рефрактометры для специальных целей
Для измерений, охватывающих только небольшую область по¬
казателей преломления, устройство рефрактометра может быть
упрощено, а достигаемая точность (10~4) сохранена или даже уве¬
личена.
Так в масляных и молочном рефрактометрах призмы
ланы неподвижными относительно трубы, так что
измерению Доступны только вещества, дающие
границу раздела в пределах поля зрения окуляра.
Вместо нитей в окуляр поставлена сетка, дающая
сде-
непосредственный отсчет показателей; поэтому наружная шкала
устранена. Призмы Амичи отсутствуют, и компенсация хроматизма
границы осуществляется противоположным действием двух пре¬
ломлений на гранях призмы. Внешний вид прибора, а также вид
его поля зрения представлены на рис. 492.
Устройство погружного рефрактометра показано схематически
на рис. 493, а внешний его вид — на рис. 494.
Благодаря более сильному увеличению трубы, полученному
удлинением фокусного расстояния объектива, точность опреде¬
560
Рис. 492.
Рис. 493.
ления показателя увеличена до 3 • 10 5, однако за счет уменьше¬
ния измеримой области, например всего от 1,325 до 1,365. Таким
образом для измерений в других областях приходится иметь ни¬
сколько сменных стеклянных тел с косой полированной по¬
верхностью, а именно шесть, чтобы охватить показатели от 1,325
до 1,492.
Правильное положение окулярной сетки юстируется особым
ключом, как и во всех рефрактометрах с готовой шкалой, отно¬
сительно вещества с известным показателем преломления (флюорит
или стекло, смотря по призме).
К прибору придается водяная баня с прозрачным матовым
дном, освещаемым снизу зеркалом, в которую помещаются ста¬
канчики с измеряемыми жидкостями.
В случае малых количеств измеряемой жидкости придается
вспомогательная призма, прижимаемая оправой к цилиндрическому
телу. Ход лучей в этом случае показан на рис. 495.
§ 4. Кристалл-рефрактометры
Так называемые кристалл-рефрактометры широко применяются
в минералогии для определения кристаллических тел4 по их пока¬
зателям преломления.
Основным элементом их устройства является стеклянная по¬
лусфера высокого показателя преломления (1,65—1,72—1,90), на
плоско отполированную 'верхнюю площадку которой и помещается
36 Зак. 3730. Справочн. кн. оптико-механика. 561
Рис. 494.
Рис. 495.
на жидкой смазке испытуемое вещество своей естественной или
искусственной гранью.
Возможны два рода освещения — предельным скользящим и
предельным отраженным лучами, как это представлено на рис. 496.
Так как угол падения ах = 90°, имеем:
пх = М sin а23
где N — показатель преломления
полусферы, который может быть
найден на самом приборе относи¬
тельно воздуха или других стандарт¬
ных веществ: воды, кварца и т. д.
Лучи, идущие по радиусу сферы,
не испытывают отклонения при вы¬
ходе из нее. Таким образом для опре¬
деления угла а2 зрительная труба
прибора, скрепленная, как и в ре¬
фрактометре Пульфриха, с подвиж¬
ным деленным кругом, должна иметь
оптическую ось, проходящую через центр сферы.
Кроме грубого передвижения трубы прибора вместе с кругом
от-руки, возможно более
тонкое перемещение с по¬
мощью микрометренного
винта, как и в рефракто¬
метре Пульфриха, которое
позволяет определять по
шкале и делениям на голов¬
ке винта небольшие разно¬
сти углов и таким образом
находить дисперсию.
Монтировка полусферы,
вертикального разделенного
круга и трубы должна иметь
юстировочные приспособле¬
ния для выполнения следу¬
ющих условий, определя¬
ющих точность работы при¬
бора:
1) ось вращения полу¬
сферы (вертикальная) долж¬
на совпадать с осью ее сим¬
метрии;
2) ось полусферы долж¬
на быть перпендикулярна к
оси (горизонтальной) делен¬
ного круга;
3) обе эти оси должны пересекаться лгежду собой;
т
Рис. 497.
4) пересечение осей должно лежать на горизонтальной пло¬
щадке полусферы.
Рис. 498.
При соблюдении этих условий прибор может дать точность
в определении пх до 2 • 10~4 и около 2 • 10-5 в определении
дисперсии.
Преимуществом прибора, делающим его особенно ценным для
минералогических определений, является то, что он требует на-
36* Ш
Рис. 499а.
Рис. 4996.
личия одной только плоской грани у измеряемого объекта. С дру¬
гой стороны возможность вращения полусферы при освещении
на отражение позволит находить показатели двупреломляющих
веществ по различным направлениям, для установления которых
служит второй деленный круг, располагаемый внизу прибора го¬
ризонтально.
Зрительная труба прибора имеет переменное увеличение, до¬
стигаемое сменными объективами и окулярами. Этим же путем
она может быть превращаема в микроскоп небольшого увеличения.
Таким образом на кристалл-рефрактометре можно контролировать
расположение и определять показатели самых небольших коли¬
честв вещества.
Для измерения показателей преломления жидкостей служат
стаканчики с плоскопараллельным дном, помещаемые на полусферу
на жидкой смазке. Освещение полусферы — либо от натрового
пламени, либо трубкой с водородом — происходит с помощью зер¬
кала, сидящего на гибком шарнирном рычаге.
Внешний вид прибора, разработанного Пирсом, показан на
рис. 497; на рис. 498 представлены детали его устройства.
Имеются упрощенные конструкции кристалл-рефрактометров,
дающие, конечно, меньшую точность (около 1 • Ю“3), проградуиро¬
ванные непосредственно на показатели преломления, например
карманный рефрактометр Цейсса, изображенный на рис. 499 а и б.
В рефрактометре Цейсса объективом трубы является само по¬
лушарие 5. В совместной фокальной плоскости его и окуляра
помещена шкала, по которой непосредственно отсчитываются по¬
казатели от 1,50 до 1,89.
Глава XVIII
Г. Н. Раутиан
ФОТОМЕТРИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ
Все фотометрические измерения — освещенности, яркости или
светового потока — сводятся к установлению равенства яркостей
двух половинок окулярного поля зрения и к определению отно¬
шения, в котором для этого пришлось изменить яркость одной
из половин.
Конструкции фотометров различаются: по способам освеще¬
ния полуполей и их сопоставления, по способам уравнивания
яркостей и, наконец, по составу применяемого света (сложный
спектральный состав света или монохроматический).
§ 1. Способы сопоставления яркости полей
В качестве устройств для сопоставления полуполей в совре¬
менных фотометрах находят применение: 1) зеркальца; 2) призмы
полного внутреннего отражения — простые или в виде так назы¬
ваемого кубика Люммера; 3) бипризмы.
Наиболее совершенными являются кубик Люммера и бипризма,
которые дают при уравнивании яркостей полное слияние обоих
полуполей, без какой-либо линии раздела между ними, обеспе¬
чивая этим достижение наивысшей фотометрической точности
(1—1,5% для отдельной установки на равенство).
Кубик Люммера представляет собой две прямоугольные
призмы, сложенные вместе гипотенузными поверхностями (рис. 500).
На части а — а этих поверхностей осуществляется оптический
контакт, и здесь свет проходит через ку;бик насквозь. В части b
между ними имеется тонкая воздушная прослойка (~ 0,02 мм)у
так как здесь струей песка снимается тонкий слой стекла; по¬
этому тут, как это видно из рис. 500, происходит полное вну¬
треннее отражение на другой, сохраняющей полировку поверх¬
ности призмы.
На рис. 501 представлены различные формы, которые при¬
даются сопоставляемым полуполям а и Ь.
Преимуществом кубика перед бипризмой является возможность
установки не на равенство яркости, а на равенство контрастов
565
отдельных частей поля зрения с окружающим фоном, чем дости¬
гается повышение точности. Для этого перед отдельными частями
поля зрения располагаются стеклянные пластинки, вызывающие
потери света (рис. 502).
Рис. 500.
Рис. 501.
Рис. 502.
Обычно применяемый контраст в 8% получается в силу по¬
следовательных отражений на двух поверхностях тонких стеклян¬
ных пластинок, располагаемых около кубика, как это показано
на рис. 502а.
566
Наибольшую точность ^<С 1 °/0^ дает контраст в 3%. Он
достигается наклейкой на катетные поверхности кубика пластинок
соответственной толщины из дымчатого стекла (рис. 502 Ь).
При очень малых яркостях поля зрения рекомендуется повы¬
шение контраста до 10—12%, для чего в схеме рис. 502 а бе¬
лое стекло заменяется дымчатым. Недостатком кубика перед
бипризмой является то, что ход лучей, освещающих одно из
полуполей, ломается под прямым углом при отражении от диа¬
гональной плоскости кубика (ср. рис. 500).
§ 2. Ход лучей в фотометрах
Ход лучей в кубике от освещающей поле зрения поверхности
представлен в различных возможных вариантах на рис. 503.
Рис. 503.
В случае I эта поверхность рассматривается непосредственно
через кубик, причем окулярную линзу возможно и устранить.
Случай II характеризуется тем, что поверхность проектируется
в плоскость кубика, заполняя его апертуру своим изображением,
и глаз фокусирует это изображение одновременно с линией раз¬
дела полей (например в телефотометре Куприянова).
В случае III кубик располагается в параллельном ходе лучей,
идущих от поверхности, которая проектируется теперь в выход¬
ной зрачок прибора или в зрачок глаза (универсальный фотометр
Шмидта и Генша).
567
На рис. 503 IV представлена схема звездного фотометра
Гельгофа и Шеринга, отличающаяся от предыдущей отсутствием
окулярной линзы и удаленностью испытуемого источника.
Тип окуляра в последних двух случаях (проекция в выходной
зрачок) носит название максвелловского. Он применяется осо¬
бенно часто при непосредственном фотометрировании источников
света, так как дает равномерную яркость всего поля зрения, не¬
смотря на малые угловые размеры самого источника.
Окулярное поле зрения, определяемое фокусным расстоянием /
окулярной линзы и диаметром ее рабочего отверстия d, выби¬
рается обычно от d\f= 4° до djf= 8°, а в случае слабых яр¬
костей в поле зрения — до 12—15°.
В случае бипризмы ход лучей представлен на рис. 504. Пучок,
в который входят лучи 1—2—3, разбивается бипризмой на два
пучка I—2и2—<5, из которых в глаз попадает только 2—3. Точно
так же из пучка 4—5—6 в глаз попадает часть 4—5, соответ¬
ственно отклоненная одной из половинок бипризмы. Часть же
5—6, так же как и 1—2, оказывается задиафрагмированной оку¬
лярной диафрагмой, пропускающей таким образом в глаз одно¬
временно 2—3 и 4—5.
Угол наклона друг к другу пучков 1—2—3 и 4—5—6
определяет собой преломляющий угол бипризмы условием со¬
вместного прохождения пучков 2—3 и 4—5 через окулярную
диафрагму, иначе — совместного наложения соответствующих
этим пучкам двух выходных зрачков.
Размер отверстия окулярной диафрагмы должен быть меньше,
чем общая часть наложенных друг на друга выходных зрачков,
для того чтобы вырезать из них обоих одну и ту же площадку.
Близкое соседство сравниваемых пучков дает бипризме пре¬
имущество перед кубиком Люммера.
Бипризма обычно склеивается с окулярной линзой, чем эко¬
номятся потери на отражение на двух поверхностях (~80/0).
§ 3. Способы уравнивания яркостей полей
Для уравнивания полуполей по яркости в обычном фотометре
Люммер-Бродхуна применяется изменение расстояния до источ¬
ника, т. е. закон квадратов.
568
Рис. 504.
Расстояния (в см или мм) отсчитываются по шкале, нанесен¬
ной на направляющих трубах фотометрической скамьи, вдоль
которых передвигаются тележки, несущие источники света и са¬
мый фотометр, как это представлено на рис. 505а — г и 506.
Рис. 506. Рис. 507.
Тот же прием изменения расстояния применяется в тубус-
фотометре (рис. 507), который является улучшенным типом ста¬
ринного фотометра Вебера, а также в фотометре Макбета
(рис. 508), в фотометре ГОИ и в люксметре Тиходеева (ВИМС)
(рис. 509). В трех последних перемещается источник сравнения,
в то время как в тубус-фотометре, как и в фотометре Вебера,
передвигается экран из молочного стекла.
569
Рис. 508.
Другим приемом изменения яркости в поле зрения является
использованиепринципа Тальбота в форме вращающихся секторов.
При достаточной быстроте вращения (не менее 1500 об./мин.)
происходит кажущееся уменьшение яркости, пропорциональное
относительной угловой величине суммы всех рабочих секториаль-
ных отверстий во вращающемся диске:
Рис. 509.
Насаживание и закрепление сектора осуществляется на прин¬
ципе орудийного затвора (см. стр. 546).
Предложено несколько конструкций секторов с переменным
на ходу отверстием.
В качестве средства для изменения яркости довольно часто
применяются нейтральные клинья из стекла или окрашенной
в серый цвет желатины на стекле.
Пропускание клина в точке с толщиной d определяется формулой:
где J0 и J—интенсивность света, падающего и прошедшего; г —
коэфициент отражения на границе стекло — воздух; k — коэфи¬
циент поглощения клина при толщине его 4=1.
Для равномерного клина d—at,
где / — расстояние от начала клина,
а а — угол его. В случае желатино¬
вого фильтра в нем изменяется с
расстоянием не толщина, а концен-/
трация красящего вещества, и тогда
под k надо подразумевать коэфи¬
циент поглощения клина на расстоя¬
нии / от начала, равный:
где с — концентрация на единичном
расстоянии от начала.
Рис. 510.
Рис. 511.
Для того чтобы иметь в поле зрения равномерную яркость,
применяются либо два перемещающихся в обратных направлениях
клина, либо один подвижной клин с неподвижным подклинышком
(рис. 479).
В фотометре Пульфриха и в близком к нему по конструкции
фотометре сравнения ГОИ применяется принцип диафрагмиро¬
вания входного зрачка прибора, а этим самым и потока, входя¬
щего в глаз через выходной зрачок, который является изображе¬
нием входного.
Схема устройства соответствующей диафрагмы представлена
на рис. 510, а на рис. 511 показана вся схема прибора, в кото¬
ром используется также бипризма. Здесь изменение выходного
зрачка меньше чем до 0,2—0,1 мм вносит то неудобство, что
на ретине обозначаются теневые следы неоднородностей, имею¬
571
щихся в глазу, и поле зрения становится пятнистым, отчего па¬
дает точность уравнивания.
Широко применяются также поляризационные призмы. В про¬
стейшем случае это две николевы призмы, помещенные одна за
другой, причем вращением одной из них (анализатора) дости¬
гается изменение яркости проходящего через нее света, в весьма
широких пределах, по закону:
смотря по расположению анализатора относительно нуля шкалы,
как например в „звездном“ фотометре (ср. рис. 503 IV).
Также применяют призмы, дающие двбйное изображение, на¬
пример призмы Волластона (рис. 512), как
в фотометре Мартенса, представленном на
рис. 513 в разрезе.
Оптическая система этого фотометра, состоящая из линзы Lx
и окуляра с линзой Ь2, проектирует в плоскость окулярной
диафрагмы два налагающиеся благодаря действию бипризмы Р
изображения входных отверстий прибора а и Ь.
Благодаря призме Волластона, склеенной в одно целое с би¬
призмой Р, эти два изображения образованы лучами, поляризо-
ванным^ во взаимно перпендикулярных направлениях. Их интен¬
сивность меняется при вращении николя N взаимно обратно, и
таким путем происходит уравнивание яркости полуполей, обра¬
зуемых половинами бипризмы Р, на которую глаз аккомодирует
с помощью окуляра Z,2.
Из равенства яркости в поле зрения, достигнутого поворотом
николя на угол а из его нулевого положения, следует: если для
одной половины поля зрения имеем В=*В1 sin2 а, а для другой
B — B2cos2a HJö1sin2a = BÄcos2a, то искомое соотношение срав¬
ниваемых яркостей Вх и В2 будет равняться:
572
Рис. 513.
Рис. 512.
Если же при равенстве Вх и В2 (нульпункт) соответствующий
угол а0 не равен 45°, то:
§ 4. Спектрофотометры
Из фотометров, использующих спектрально разложенный свет
(спектрофотометры), приводим схемы спектрофотометров Кёниг-
Мартенса (рис. 514), Брэса-Лаймона (рис. 515), Кейфеля и Эс-
сера (рис. 516) и ГОИ (рис. 517).
Спектрофотометр Кёниг-Мартенса (рис. 514) отличается
от поляризационного фотометра Мартенса лишь добавлением
573
Рис. 516.
призмы Р из тяжелого флинта (nD = \fib—1,72) и коллиматор-
ной трубки со щелью, разделенной узким экраном на две част»
(двойная щель) Sx и S2. Объектив 02 окулярной трубы, склеен¬
ный в одно целое с волластоновой призмой W и бипризмой Ри
дает в плоскости выходной щели S0 два спектра, соответственно
щелям St и S2, налагающиеся один на другой в силу действия
бипризмы Pv причем в одном и другом лучи поляризованы
взаимно перпендикулярно.
Спектры, возникающие вследствие двойного преломления
в призме Волластона и преломления на отдельных половинках
бипризмы, оказываются заэкранированными краями выходной
щели, которая пропускает таким образом в глаз лучи лишь из
двух совмещенных центральных спектров, относящиеся к одному
и тому же узкому участку длин волн. В случае призмы Р
.j: пв — 1,65 ширина выходной щели, при которой „монохрома¬
тичность“ вырезаемого ею участка составляет 5 м\ь, будет соот¬
ветственно:
Для X = 400 0,9 мм
„ X = 440 : . . 0,6 *
. X = 520 • . . • 0,3 ,
w X = 600 • .... 0,2 »
« X = 700 0,1 „
Переход от одних областей спектра к другим совершается
путем изменения наклона окулярной трубы относительно призмы Р.
с помощью микрометренного винта на острие которого труба
опирается. На барабане винта нанесены деления, дающие доли
оборота, а целые обороты отсчитываются с помощью линейки,
укрепленной около барабана.
Входные щели освещаются проектируемым на них изображением
матового стеклышка, на которое в свою очередь проектируется
изображение нитей лампы.
575
Рис. 517.
Более предпочтительным является применение диффузного
осветителя в виде сосуда из железа, фарфора и т. д. с побелен¬
ными внутри стенками, в который помещаются лампы по возмож¬
ности большой мощности. Небольшое отверстие в стенке освети¬
теля является излучателем высокой и равномерной яркости (до 30—
40 стильбов) (рис. 518).
Рис. 518.
Для измерения образцов значительных размеров применяется
особый осветитель, в котором сравниваемые пучки разнесены на
значительно большее, чем щели расстояние с помощью сложной
линзы с наклеенными на нее двумя линзами. Сведение пучков на
щели St и S2 достигается применением двух призм Френеля р{ и
/?2, помещенных непосредственно перед этими щелями (рис. 519).
При прохождении света через призму, линзы и т. д. некоторая
часть его рассеивается включениями в стекле, царапинами и пылью
на поверхности и неоднородностями стек¬
ла. В результате получается фон, особен¬
но сильно ощущаемый при измерения^
на краях спектра. Поэтому, * начиная с
650 му* и выше, а также ниже 450 м^у
применяются в окуляре дополнительные
красные и с]иние фильтры.
Симметричность хода обоих пучков в спектрофотометре Кёниг-
Мартенса уменьшает влияние рассеянного света на результаты
измерений, так как он налагается равномерно на оба полуполя.
При измерениях отражения на щели St и S2 линзой 1Х проек¬
тируются (рис. 520) изображения испытуемой поверхности и
стандартной белой поверхности, густо покрытой окисью магния,
расположенных рядом внутри диффузного осветителя.
576
Рис. 519.
Смещения нульпункта при освещении обеих щелей одной лишь
исследуемой поверхностью, меньшие 4°, указывают на практически
незначительную поляризацию. Для элиминирования влияния поля-
ризованности света при более значительных смещениях нульпункта
приходится вводить поправки, для чего необходимо приспособле¬
ние, позволяющее производить взаимные перемещения образца
и эталонной белой поверхности из одного пучка в другой пово¬
ротом их на 180°.
Схема спектрофотометра Брэса-Лаймона представлена на
рис. 515. Главной особенностью его является призма Брэса, слу-
жащр одновременно и для спектрального разложения света и как
средство для сопоставления полей. Она предста¬
вляет собой разрезанную на две симметричные
части 60-градусную призму; на одной из сторон
разреза нанесена полоска серебрения; обе поло¬
вины склеены. Ход лучей в призме виден из ри^
сунка, Окулярная труба фокусирует срединную
плоскость призмы.
Для уменьшения яркости сравниваемых полей
может быть применено любое из существующих
приспособлений, располагаемое где-либо пз ходе
пучков до призмы.
Прибор Кейфелъ-Эссера (рис. 516) очень ком¬
пактен и удобен в обращении. Он состоит из
спектрального прибора М, дврйного секторного
диска D% вращаемого электромотором, и освети¬
теля 5
Спектральный прибор М представляет собой
монохроматор с призмой постоянного отклонения
по Аббе (см. стр. 594), коллиматор которого
имеет две щели, расположенные одна над дру¬
гой. Соответственно этому в плоскости выходной щели S должны
были бы получаться два спектра, наложенные друг на друга
и взаимно смещенные по вертикали. Однако благодаря бипризме р
смещение это аннулируется, и оба спектра совпадают друг с дру¬
гом. Выходная щель пропускает таким образом в приставленный
к ней глаз лучи одного и того же узкого спектрального участка
из обоих пучков, входящих в прибор через двойную входную
щель. В соответствии с этим глаз, фокусирующий через призму
монохроматора гребень бипризмы, видит обе половинки поля зре¬
ния, образованные сторонами бипризмы, залитыми светом одного
и того же цвета.
Непосредственно перед двойной входной щелью располагаются
два диска (для доведения сравниваемых пучков до равенства), на
общей оси, изменяемое на ходу отверстие одного из которых про¬
ходит против нижней щели, в то времй как против верхнего про¬
ходит постоянное отверстие другого диска, дающее коэфициент
ослабления, равный 0,50.
37 Зав. 3730. Справочн. кн. одтико-хеханика. 577
Рис. 520.
Если измерению подлежат значительные плотности и надо эко¬
номить свет, то вся вертушка опускается, так что вращающийся диск
оказывается только перед одним из пучков, именно перед нижним.
Шкала переменного диска проградуирована непосредственно
на пропускания, так что прибор не требует никаких расчетов.
Исследуемые образцы (жидкости в цилиндрических кюветах
с прижатыми на концах плоскопараллельными пластинками) рас¬
полагаются в ходе верхнего пучка между дисками D и осветителем S,
который представляет собой металлический шар с побеленными вну¬
три стенками, содержащий две моГЦные лампы (по 400 W). Через
отверстие W прибор глядит на участок стенки шара, на котором
в случае измерения коэфициентов отражения располагают рядом
испытуемый образец и стандартную белую поверхность. Внутренность
шара охлаждается током воздуха от вентиляционного устройства.
В спектрофотометре ГОИ (рис. 517) наблюдение идет через
монохроматор. При этом линза 1Х непосредственно около входной
щели, а затем /2 коллиматорная линза дают изображение кубика
в некоторой плоскости, надлежаще расположенной относительно
выходной щели, через которую приставленный к ней глаз и рас»
сматривает это изображение.
Линза около кубика (непосредственно на него наклеиваемая)
образует на входной щели изображение источника света, запол¬
няя его светом всю апертуру входной щели.
За кубиком Люммера сравниваемые пучки идут раздельно под
прямым угломх друг к другу и затем снова направляются двумя
призмами навстречу друг другу, сходясь на небольшом участке
внутренней стенки диффузного осветителя, из которого они, вы¬
ходят через два отверстия. Если измеряется коэфициент отраже¬
ния, то на месте скрещения лучей ставятся под прямым углом
друг к другу дйе плоскости, на одной из которых находится
стандартная белая поверхность, а на другой — измеряемая.
Уравнивание яркости в поле зрения производится с помощью
нейтрального клина,4 перемещаемого от-руки посредством кре¬
мальеры, и дополнительно к нему — секторным диском с постоян¬
ными сменными отверстиями в 0,1—0,01. Селективность клина,
всегда возможная хотя бы и в слабой степени, исключается спе¬
циальной градуировкой клина с помощью того wee диска с по¬
стоянным отверстием. Для этого определяются для разных длин
волн те места клина, которые имеют фиксированное для диска
пропускание (или „плотность“).
Если для длин волн Х1Э ^2,..., Хл получилось значение плот¬
ности D0 (определяемое выбранным отверстием сектора) на рас¬
стояниях соответственно mv /я2,..., тп см от нулевого конца
клина, то для этих длин волн получатся значения констант клина
для \х — О01щ, Х2 — D0/w2,..., Хл — D0jmn, откуда для любого
расстояния х для некоторой длины волнк Xf будет:
Глава XIX
Г. Н. Раутиан
СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ
По способу разложения СЕета в спектр можно разделить при¬
боры этого рода на призменные и дифракционные. Смотря по
употреблению, они разделяются на монохроматоры, спектроскопы
и спектрографы, причем для первой и третьей категорий можно
ввести еще подразделение по областям спектра, в которых они
работают: ультрафиолетовые для видимой области излучений
и инфракрасные. В универсальных приборах можно переходить от
одной системы к другой с помощью известных дополнительных
частей, например заменой выходной щели окуляром или фотогра¬
фической камерой либо заменой одной призмы другой.
§ 1. Призменные спектральные дриборы
В призменных приборах имеем развернутое в спектр изобра¬
жение входной щели прибора, образованное всей его оптической
системой, включая сюда и призму. Для того чтобы по возмож¬
ности ослабить дефекты изображения, возникающие главным об*
разом из-за наличия призмы (астигматизм), необходимо выполне¬
ние ряда условий, а именно лучй: 1) должны падать на призму
параллельными пучками; 2) должны проходить через призму воз¬
можно ближе к ее главному сечению; 3) должны проходить нерез
призму с минимумом отклонения.
Для выполнения первого требования входная щель прибора
располагается в фокусе линзы, которая и направляет в этих усло¬
виях на призму параллельные пучки от каждой точно освещенной
щели. Так возникает коллиматорная труба с входной щелью и объ¬
ективом на своих двух концах. Для того чтобы указанное условие
соблюдалось для всех лучей спектра, необходимо устранение хро¬
матических разностей 'фокуса, т. е. объектив коллиматорной трубы
должен быть по возможности ахроматизован.
В случае астрономических объектов, которые сами по себе
дают параллельные пучки лучей, коллиматорная труба может быть
лишена щели и представлять собой попросту афокальную телеско¬
пическую систему, в простейшем случае — из двух линз.
37* 579
Для возможно полного удовлетворения второго условия необ¬
ходимо, чтобы высота щели была достаточно мала по сравнению
с фокусным расстоянием коллиматора, иначе спектральные линии
получают заметное искривление, выпуклостью дуги направленное
к красному концу спектра.
Для того чтобы получить на конечном расстоянии за призмой
изображение спектра, необходимо, при соблюдении первого усло¬
вия, поместить за призмой линзу, также по возможности ахрома¬
тическую, — отсюда так называемая окулярная труба спектральных
приборов, заканчивающаяся либо выходной щелью в случае моно¬
хроматоров, либо окуляром — в спектроскопах, или же камерой —
в спектрографах.
Рис. 521.
Таким образом общая схема призменного спектрального при¬
бора (рис. 521) распадается на следующие основные части: щеле¬
вое устройство, коллиматорная труба, призма и выходная
ШРУбя с различными выходными устройствами.
Щели являются чрезвычайно важной деталью спектральных
приборов и во многом определяют качество работы последних.
Их можно разделить на щели с односторонним раздвижением —
несимметричные — и щели, раздвигающиеся симметрично, а с дру¬
гой сторойы — на щели винтовые и кулачковые
Рис. 522.
На рис. 522 представлено устройство одной из употребитель¬
ных конструкций несимметричной щели с винтовым раздвижением.
Пружина Н устраняет мертвый ход с тем, чтобы барабан К, раз¬
деленный на миллиметры и доли миллиметра, измерял ширину
щели. Очень важными являются качество и длина пазов /(типа
580
ласточкина хвоста), в которых двигаются пластинки, несущие пе¬
редвигаемую щечку щели.
В симметрично раздвигающейся щели перемещаются обе щечки
и притом так, что середина щели остается на месте. На риС. 523
представлено устройство таких щелей с винтовым передвижением
щечек.
В кулачковых щелях перемещение щечек производится чаще
всего вращением за накатку кольца, имеющего соответственной
формы вырезы, по которым скользят упоры, направляющие щечки.
Вид подобного щелевого устройства дан на рис. 524.
Рис. 523.
Требования, определяющие качество щелей, заключаются в со¬
вершенной прямизне *г параллельности друг другу лезвий, кото¬
рыми оканчиваются щечки, в результате чего достигается постоян¬
ная ширина щели по всей ее вщсоте и возможность осуществле¬
ния крайне узких щелей (до 0,005 мм).
Материал для щелей должен быть особо твердый — закаленная
сталь, еще лучше нержавеющая, или даже кварц (Крукс), — во
избежание порчи лезвий при их соприкосновении.
Мертвый ход и боковые качания при передвижении щелей
должны быть устранены достаточной длиной (40—50 мм) направ¬
ляющих пазов и пружинами.
Рис. 524. Рис. 525.
Для получения одновременно и в непосредственном соприкосно¬
вении двух спектров от различных источников применяются перед
щелями на откидных ручках небольшие призмочки полного отра¬
жения, а для диафрагмирования щели по высоте—-диафрагмы
с клиновым вырезом, перемещаемые в павах перед щелью (рис. 525).
Из простейших призм трехугольного сечения надо отметить как
581
наиболее употребительные 60-градусную разностороннюю призму
и так называемую полупризму с преломляющим углом в 30°*
Общее выражение, связывающее преломляющий угол А, пока¬
затель преломления и угол отклонения луча е призмой с данным
показателем преломления:
Как легко видеть из рис. 526, угол падения луча, проходящего
такую призму в минимуме отклонения, так же как и равный ему
в этом случае угол выхода луча, должны равняться:
Окулярная труба должна быть подвижной, чтобы ее можно
было направлять сообразно углу выхода из призмы лучей с тем
или другим показателем преломления, в случае если призма остается
неподвижной. Полупризма встречает применение в так называемых
автоколлимационных приборах, причем катетная сторона призмы
серебрится, для того чтобы лучи, проходящие в минимуме откло¬
нения и потому перпендикулярно к этой стороне, возвращались s
на себя обратцо.
Другим случаем применения полупризм является сложная
призма Юнга, изображенная на рис. 527. Из рисунка непосред¬
ственно видно, что по сравнению с простой 60-градусной призмой
эта комбинация обладает тем достоинством, что входящий и вы¬
ходящий из нее пучки направлены перпендикулярно к поверхно¬
стям призм и потому имеют большее сечение, позволяя приме¬
нить линзы с большим отверстием, чем в случае рис. 526.
582
превращается для 60-градусной призмы в
Для избежания перемещения одной из труб прибора предло¬
жено много типов призм так называемого постоянного отклоне¬
ния. Наиболее употребительны призмы Брока и Водсворта.
Призма Брока, отклоняющая лучи, проходящие в минимуме
отклонения, на 90°, представляет собой как бы комбинацию двух
полупризм и одной прямоугольной призмы полного внутреннего
отражения (рис. 528). Углы этой четырехугольной в сечении призмы
составляют 90°, 75°, 135° и 606. Лучи, падающие на сторону AB
(или BE), идут в призме до своего отражения от стороны AD
параллельно линии BD (или DE), а после отражения — параллельно
DE (или BD). Действие такой призмы эквивалентно действию
60-градусной призмы. При этом^ для перехода от одних лучей
спектра к другим необходимо лишь поворачивать призму так,
чтобы соблюдалось условие:
. п
ои = arc sin —.
2 2
Наиболее рационально, согласно указанию Кёнига, помещать
ось вращения призмы в пересечение перпендикуляров, восставлен¬
ных к падающему и выходя¬
щему осевым лучам в точ¬
ках пересечения их с гра¬
нями призмы. В этом случае
перемещения точек А, В и
Е при вращении призмы
являются минимальными.
Призмы Водсворта пред¬
ставляют собой комбинацию
60-градусной призмы с пло¬
ским зеркалом (с отражаю¬
щим слоем на передней его
стороне), вращающимся вме¬
сте с призмой, но на поло¬
винный угол. Зеркало, соединенное с призмой жестко (если ось
вращения поместить в точку пересечения поверхности зеркала
со срединной плоскостью призмы), дает более удобную ком¬
бинацию не только при постоянном положении, но и без парял-
583
Рис. 527.
Рис. 528.
лельного смещения осевого луча при вращении призмы. Угол от¬
клонения луча подобной системой определяется выражением
г = 180° — 2а, так что при углах а — 45° и а = 0° (рис. 529)
г равняется соответственно 90° или 0°.
Рис. 529.
Из употребляемых в настоящее время комбинаций, составлен¬
ных из нескольких призм, представлены: на рис. 530 — призма
Рис. 530.
Лёве (Loewe) (из двух полупризм), дающая нулевое отклонение,
и на рис. 531—призма Фёрстерлинга (из двух 60-градусных
и одной призмы Брока между ними), дающая отклонение на 90°.
584
Наконец применяются призмы прямого видения (Амичи) (см.
гл. XVII, стр. 559), а также призма Розерфорда-Броунинга, пред¬
ставленная на рис. 532.
Рис. 531.
В призме Розерфорда-Броунинга средняя призма— из тяжелого
флинта — имеет такой большой преломляющий угол (до 100° и бо¬
лее), что вошедший в нее лучине мог бы выйти вследствие пол¬
ного внутреннего отражения. Это устраняют наклеиваемые на нее'
призмы из крона с неболь¬
шим преломляющим углом
около 20 — 25°, которые
одновременно сильно умень¬
шают угол отклонения лу¬
чей такой призмой. Так как
показатель преломления всех
веществ Меняется в зависи¬
мости от длины волны —
п =/(Х), то из выраже¬
ния:
Рис. 532.
следует, что угол s должен быть переменным в зависимости отвХ,„
при постоянном значении А.
Значение dejdk носит название дисперсии призмы в данной
точке спектра —
Диференцируя выражение для пт подставляя:
можно иметь следующее выражение для Ьг\Ьп:
переходящее для 60-градусной призмы в:
Отсюда получается:
В пределах г =10° можно для получения Ае пользоваться
^приближенным выражением!
Вместо написанного выше выражения для Se/Sn. можно полу¬
чить из тех же исходных формул другое выражение:
лающее дисперсию в функции угла падения на первую грань,
призмы.
Как показал Релей, справедливо еще выражение:
в котором 1Х и /2 означают длину пути в призме крайних лучей,
отстоящих вне призмы на расстоянии а.
а в случае А = 60°
587
Для точного определения 8я/8Х можно пользоваться интерпо¬
ляционными формулами Коши или Гартмана:
где А, В и n0t С, Х0— константы, характерные для данного сорта
стекла.
Для комбинированных из нескольких одинаковых или эквива¬
лентных друг другу призм, например для призм Лёве или .Фёр-
стерлинга, значение 8г\Ьп получается простым умножением вычи¬
сляемого для отдельной призмы значения на число призм.
Для разрешающей силы призм, определяемой выражением
X/tfX, где X — среднее значение длины волны, a d\ — наименьшее
разрешаемое призмой расстояние для двух бесконечно тонких
линий в спектре, имеем зависимость:
Искривление линий (см. выше) определяется углом зрения от
линзы коллиматора на щель, фокусным расстоянием коллима¬
тора F и свойствами самой призмы, характеризуемыми выражением
для bja.
Радиус кривизны линий дается формулой Браве (Bravais):
Приводим значения некоторых характеристик для 60-градус¬
ных стеклянных призм, как наиболее ходовых:
Показатель преломления п 1,5 1,6 1,7 1,8
Угол отклонения е . . . . 37°10' 46°16' 56°26' 64°10/
Дисперсия Ьфп 1,512 1,767 1,899 2,294
Пропускание t 0,895 0,853 0,801 0,730
Материалами для призм являются главным образом: стекло,
жидкости, кварц, флюорит, каменная соль и сильвин.
Стекло идет для приборов, работающих в визуальной области
спектра, — флинты С-9, С-11 и С-23 (в обозначении ЛЕНЗОСа).
Жидкие призмы в настоящее время почти не употребляются,
так как они не дают хорошего качества изображения вследствие
легкости, с которой в них нарушается оптическая однородность
от неравномерного нагревания и испарения.
Кварц и флюорит идут для приборов, предназначенных для
ультрафиолетовой области. Особенно ценен в этом отношении
флюорит, прозрачный до 1270 А, в то время как кварц начинает
поглощать около 2100 А.
Ниже даются интерполяционные формулы для расчета^ пока¬
зателя преломления кварца, флюорита и каменной соли, а также
таблицы измеренных значений п.
Кварц (для X от, 4 до 0,2 ja):
588
Двойное лучепреломление, наблюдаемое в кварце, сопрово¬
ждается кроме того вращением плоскости поляризации. Если свет
проходит через кристалл кварца вдоль его оптической оси, он
разделяется на два луча с правой и левой круговой поляриза¬
цией. Так как эти лучи обладают различной скоростью, то при
дальнейшем преломлении они расходятся и двоят изображение.
В случае 60-градусной призмы 1с осью, параллельной ее основа¬
нию, расхождение двух лучей для линии D составляет около 27'.
Корню предложил для устранения этого двоения воспользоваться
тем, что имеются две разновидности кварца, право- и левовращаю¬
щие, и изготовить бОнгра-
дусные призмы из двух по-
лупризм той и другой раз¬
новидности, располагая ось
в обеих параллельно осно¬
ванию (призма Корню,
Рис. 534.
рис, 533). Надо отметить однако, что полное действие такой
призмы достигается лишь для луча, идущего в минимуме.
В качестве приспособлений для отсчета длин волн встречаются
шкалы, оптически совмещаемые со спектром, наблюдаемым визу¬
ально или фотографически. Может быть применен (в так назы¬
ваемых спектрометрах) деленный на градусы круг, если градуировкой
будет найдена зависимость \ = Наконец применяются спе¬
циальные отсчетные барабаны с заранее разделенной по длине
волн шкалой, в особенности в приборах с постоянным отклоне¬
нием, в которых вращается призма.
На рис. 534 и 535 представлены два вида таких устройств:
цилиндрический барабан и плоский диск со спиральными нарез¬
ками. Во втором случае имеется то преимущество, что убывание
к красному концу спектра дисперсии призмы компенсируется
более крупными линейными размерами делений на наружных вит¬
ках спирали.
Из спектральных призменных приборов рассмотрим типичные
образцы приборов прямого видения (ä vision directe), спектрометров
с подвижной окулярной трубой и деленным кругом, приборов
автоколлимационного типа и с постоянным отклонением и нако¬
нец сдвоенных приббров.
589
Рис. 533.
Чрезвычайно большое распространение получили *карманные*
спектроскопы a vision directe (рис. 536) так называемого типа
по Броунингу. На рис. 537 дана схема устройства этого прибора.
Здесь видно, что для укорочения прибора в цем применена только
одна линза без строгого соблюдения требования о прохождении
через призму параллельных пучков.
Призма Амичи состоит из трех частей и дает угол расхож¬
дения между лучами с X = 6563 А (С) и X = 4862 A (F) в 8°,
Ахроматическая линза дает разложенное в спектр мнимое
изображение входной щели, целиком умещающееся в поле зре¬
ния глаза, расположенного у окулярной щели. Трубка t слу-
Рис. 535.
жит для освещения шкалы волн и оптического совмещения ее
с наблюдаемым спектром. Подобный спектроскоп, но без окуляра,
присоединенный к фотокамере под пластинку 6X9 см, образует
небольшой, но очень полезный в лабораторной практике спектро¬
граф, показанный на рис. 538.
Спектрометры с передвижной окулярной трубой и деленным
кругом находят сейчас сравнительно небольшое применение как
спектральные приборы и гораздо большее применение — как гонио¬
метры. Достигаемая с ними при большой фокусной длине объек¬
тивов и большой призме точность (до шестого знака в показа¬
теле преломления) представляет ценность при определении вели¬
чины 8я/8Х, входящей в выражение для дисперсии d&jdk призма¬
тических устройств.
На рис. 539 показан большой спектрометр повышенной точ¬
ности, изготовляемый фирмой А. Кильгер. Необходимо отметить
применение в подобных приборах окулярного микрометра, осно¬
ванного на перемещении в поле зрения окуляра рамки с натяну¬
тыми паутинками и градуируемого в секундах углового смещения.
590
Рис. 537.
Рис. 538.
Рис. 536.
592
Рис. 539.
Рис. 540.
Рис. 541.
В качестве автоколлимационного прибора рассмотрим спектро¬
граф для ультрафиолетовой области, схема и внешний вид
которого даны на рис. 540 и 541. Лучи, прошедшие через щель S,
отклоняются прямоугольной призмой и входят в линзу, с фоку-
Рис. 542а.
Рис. 5426.
сом 1700 мм и диаметром 70 мм, которая посылает таким обра¬
зом на полупризму параллельные пучки. Задняя сторона ее
покрыта зеркальным слоем, отражающим лучи обратно через полу-
призму. Та же линза, которая служила коллиматором, проекти-
38 Зак. 3730. Справочн. кн. оптико-хехандоса. 59$
рует теперь изображение спектра мимо призмы на косо поста¬
вленную фотопластинку 25 X W см* Конечно вся оптика из кварца
и дает возможность съемки спектра от 8000 А до 2100 А в три приема.
Кварцевые спектрографы различных типов представлены на
рис. 542 а и б. Косое расположение кассеты диктуется большими
различиями фокусного расстояния кварцевого объектива по спектру.
Приборы с постоянным отклонением и в частности с приме¬
нением призмы Брока, дающей отклонение на 90°, получили самое
значительное распространение главным образом как монохрома-
Рис. 5436.
торы, но они имеют часто дополнительные фотонасадки, обра¬
щающие их в спектрографы. На рис. 543 а представлен типичный
прибор такого рода фирмы А. Хильгер, выдвинувшей этот тип.’
Ахроматические дублеты с Отверстием около 30 мм и фокусным
расстоянием около 250 мм образуют оптику приборов. В новей¬
594
Рис. 543а.
шем типе линзы окулярной трубы имеют небольшое перемещение
по оси для более точной фокусировки отдельных линий. Барабан
Рис. 544.
со спиральной нарезкой по цилиндрической поверхности дает
показания непосредственно в длинах волн по шкале длиной в общей
Рис. 545а.
сложности около 1,5 м. НасГадка, обращающая его в спектрограф,
имеет в себе отрицательную призму, которая вместе с линзой
38* 595
окулярной трубы образует телеобъектив с фокусным расстоянием
около 500 мм, при фактической длине всей камеры с трубой
в 40 см (рис. 543 6). На рис. 544 изображена модель аналогич¬
ного прибора советского произ¬
водства (ГОИ).
В качестве другого образца
прибора постоянного отклонения
приводим составной прибор Цейс¬
са с тремя призмами: две по 60°
и одна—Аббе-Брока, также даю¬
щая постоянное отклонение на
90°. Монохроматор (спектрограф)
представлен на рис. 545 а, б.
Объектив коллиматора имеет от¬
верстие 60 мм и фокусное рас¬
стояние 300 мм. Окулярные тру¬
бы имеются с различной свето¬
силой и применяются главным образом со спектрографическими
щелями. При переходе от одних длин волн к другим требуется
согласованное вращение всех трех призм (ср. рис. 531) вокруг
неподвижных осей без каких-либо боковых смещений. Это дости¬
гается с помощью червячной передачи для центральной призмы,
столик которой соединен уже стальными ленточными пружинами
со столиками других призм.
Рис. 546.
Простой конструкцией является прибор Лёве с двумя пояу-
призмами, дающими нулевое отклонение при небольшом парал¬
лельном боковом смещении оси (рис. 546).
Другим примером монохроматора постоянного отклонения, на
этот раз ультрафиолетового, служит модель, выпущенная Лейссом,
596
Рис. 5456.
с призмой в 60°. Так как кварцевые линзы трудно сделать ахро¬
матическими, обычно требуется непрерывная фокусировка той и
другой линзы при поворотах призмы. Эта фокусировка дости-
Рис. 547а.
гаетея автоматически и одновременно благодаря шарнирному сое¬
динению перемещающихся патрубков с линзами (рис. 547). В при¬
боре, изображенном на рис. 547 а, снабженном кроме призмы
597
в 60° еще зеркалом по Водсворту, необходимость фокусировки
устранена применением вогнутых зеркал вместо линз.
С целью повысить чистоту светового потока, выделяемого
монохроматором из спектра, применяют иногда повторное разло¬
жение света в сдвоенных спектральных приборах. Их может бцть
два типа. В первом из них, использованном в своих приборах
Лейссом (рис. 548), два прибора располагаются один за другим, при¬
чем первый освещает через свою выходную щель входную щель
второго прибора, в который таким образом входит лишь свет
определенного спектрального участка, вырезаемого входной щелью,
плюс паразитный, рассеянный свет, ^опадающий на данное место
в спектре и также проходящий через эту щель. Назначение вто¬
рого монохроматора—разложить и этот рассеянный свет и вы¬
пустить через вторую — конечную—выходную щель чистый моно¬
хроматический пучок с минимальным количеством посторонних
лучей других длин волн.
Другой способ построения сдвоенных приборов заключается
в установке их навстречу друг друг/ так, чтобы, при отсутствии
какого-либо экранирования спектра в средней части прибора,
дисперсии первой и второй его частей взаимно нейтрализовались
и из выходной щели выходил пучок такого же спектрального состава,
как /и входящий в прибор. Помещая в плоскость среднего спектра
598
Рис. 548.
Рис. 549.
щель R (рис. 549), выделяют тот или другой участок спектра,
лучи которого и проходят через конечную щель, как показало
исследование де Циттерта (de Cittert), с меньшим содержанием
примешанного постороннего света, чем в первом случае.
Рис. 550.
Внешний вид того и другого типа сдвоенных приборов пред¬
ставлен на рис. 550 (Лейсс) и рис. 551 (Циттерт).
В спектрографах специфичными, важными для них, мо-
Рис. 551.
ментами являются: 1) выравненное по плоскости изображение
спектра; 2) хроматическая коррекция объектива, дающая в таком
случае изображение спектра на пластинке, расположенной почти
нормально к оси его; 3) возможно ббльшая освещенность в пло-
599
екости изображения, т. е. бблыная светосила при достаточной
разрешающей силе.
В случае стеклянной оптики ахроматизация достигается обыч¬
ным приемом комбинирования в сложной линзе крона и флинта.
В областях ультрафиолетовой и инфракрасной для ахроматизации
оптики пригодна комбинация кварца с флюоритом или же камен¬
ной солью.
В случае если объектив выходной трубы не ахроматизирован,
как это делается во многих кварцевых спектрографах с целью
удлинить спектр, приходится располагать фотопластинку под углом
к оптической оси, а также несколько изгибать ее из-за кривизны
изображения, с тем чтобы по возможности все части спектра
проектировались на пластинке достаточно резко. Сильная диспер¬
сия кварца требует весьма значительного скоса пластинки (до 25°).
Это видно из следующей таблицы, дающей фокусные расстояния
кварцевой линзы для , разных длин волн, причем для Х = 5461 А
значение Fx принято равным 1000 м&.
Светосила спектрографа зависит от величины отношения диа¬
метра к фокусу D: F для объектива выходной трубы, если он
полностью заполняется выходящим из призмы пучком. Надо иметь
в виду, что если объектив коллиматора имеет достаточное отвер¬
стие, то светосила его никак не влияет на освещенность в месте
изображения спектра, которая определяется исключительно свето¬
силой объектива выходной трубы. Поэтому в спектрографах фоку¬
сное расстояние, а следовательно и длину коллиматорной трубки
приходится выбирать исключительно исходя из соображений о допу¬
стимой кривизне линий.
Располагаемая перед входной щелью конденсорная ланза>
ироектирующая на щели изображение источника света, должна*
для того чтобы объектив трубы работал полным своим отвер¬
стием, удовлетворять следующему условию:
где DK и Dq — отверстия соответственно конденсора и объектива
трубы, а / и F — расстояния щели от конденсора и от объек¬
тива коллиматора, равное в случае F фокусному расстоянию
объектива.
690
§ 2. Спектральные приборы с дифракционной решеткой
Основное уравнение дифракционной решетки для случая нор¬
мального падения лучей на решетку:
rik = b sin Ьп
говорит о том, что постоянная решетки b, равная сумме прозрач¬
ного и темного промежутков, иначе — расстояние между штрихами
ее^ вместе с длиной волны X и порядком спектра л, определяют
угол дифракции 0, под которым отклоняются от нормали лучи, дающие
с помощью линзы L2 изображение входной щели, Как это пред¬
ставлено на рис. 552.
В случае косого (под углом) падения лучей на решетку урав¬
нение изменяется. Имеем:
nk = b (sin а ± sin 0Л) = b (sin а ± sin е — а),
где знак ± зависит от того, по одну и ту же или по разным сторонам
оптической нормали расположены лучи падающий и дифрагирован¬
ный под углом 0Л к ^нормали или под углом е к направлению,
падения.
Можно по различному располагать решетку относительно при¬
бора. Так например иногда она располагается нормально к оси
коллиматора или к оси окулярной трубы. Тогда и^меем формулу:
в первом случае:
пХ ===== ^ sin 0Л а = 0,
во втором случае:
rik — b sin en.
Возможно также располагать решетку так, чтобы получить мини¬
мальное отклонение луча. Это имеет место при угле падения поло-
601
Рис. 552.
винном по сравнению с углом отклонения е. Тогда получается:
Наконец можно скрепить жестко коллиматор и окулярную тру¬
бу под некоторым определенным углом между ними и вращать
одну решетку. Уравнение получается тогда в виде:
Если обозначить угол между закрепленными трубами через а>
и угол поворота решетки через {3, то
и диференцируя его по X в предположении постоянства угла паде¬
ния а, имеем для дисперсии решетки выражение:
Когда cos 0 = 1, т. е. 0 = 0, дисперсия минимальна и равна njb,
откуда следует, что небольшим разностям длин волн dk соответ¬
ствуют пропорциональные им разности углов дифракции db, т. е.
спектр обладает равномерной дисперсией. Это является преимуще¬
ством дифракционного спектра п^ред наравномерным призмати¬
ческим.
Например для решетки* с 4000 штрихами на 1 см имеем:
что дает для двух линий натриевого дублета, для которых dk =
= 6 • 10“8 см:
Для разрешающей силы решетки, которая по определению
равна среднему значению X, деленному на разрешаемый интер¬
вал АХ, —г = Х/АХ — выполняется соотношение:
где т — число штрихов во всей решетке. Если обозначить через d
ширину всей решетки, т. е. величину mb, то ^ для г можно иметь
выражение:
п\ — 2b sin ß • cos — .
z
Взяв общее выражение отклонения луча:
db = n- 4000 • dk,
602
аналогичное выражению для разрешающей силы призмы, так как а
измеряет апертуру пучка.
Другое выражение для разрешающей силы, получаемое из
общего уравнения решетки, имеет
вид:
Изготовление решеток происхо¬
дит с помощью специальной дели¬
тельной машины на стекле или метал¬
лических зеркалах. Расстояния ме¬
жду штрихами в решетках Роуланда
составляли 0*0013,0,00176 и 0,00254
мм. Решетки, изготовляемые Natio¬
nal Physical Laboratory, обладают
постоянными 0,00176, 0,00353,
0,00529 и 0,00706 мм.
Более дешевые решетки изгото¬
вляются копированием. Для этого по¬
лучают колодионные отпечатки с на¬
резанной алмазным острием решет¬
ки и наносят их на стеклянные пла¬
стинки, покрытые предварительно
слоем желатины. Покрывая подоб¬
ные копии тонким металлическим
слоем путем катодного распыления
в вакууме, можно иметь также ко¬
пирование решетки, работающие на
отражении.
Помимо плоских рёшеток Роу¬
ланд стал изготовлять вогнутые, на¬
нося штрихи по хордам на сфери¬
ческое зеркало. Большое достоин¬
ство этого типа решеток заключа¬
ется в том, что они не требукЗт
какой-либо оптики, образуя спек¬
тры на окружности, имеющей диа¬
метром радиус кривизны решетки.
Из общего выражения для ре¬
шетки:
следует, что по одному и тому же направлению, характеризуемому
углом 0Л, могут * итти лучи с различной длиной волн X, если
только произведение пХ удовлетворяет уравнению для данного
угла 6П.
603
Рис. 553.
Иначе говоря спектры разных порядков взаимно перекры¬
ваются, хотя бы и частью, как это показано на рис. 553.
Однако, пользуясь определенными светофильтрами, можно осла¬
бить интенсивность нежелательных налагающихся лучей без осо¬
бого ущерба для исследуемого спектрального участка. Понятно,
что для разных участков приходится эти светофильтры варьи¬
ровать.
Распределение энергии между дифракционными спектрами раз¬
личных порядков и даже внутри одного и того же спектра бывает
самое разнообразное — в зависимости от соотношения между ши¬
риной штрихов и промежутков между ними, а также в зависи¬
мости от формы углублений в штрихах и формы и ориентировки
режущего острия. Бывают решетки, концентрирующие до 70%
падающей энергии в одном только спектре — так называемые эше-
€04
Рис. 5546.
Рис. 554а.
летты для длинных инфракрасных волн,— в которых возможно
контролировать и регулировать, форму углублений вследствие
больших относительных размеров последних. Постоянные эшедетт
составляют 0,1—0,01 мм.
Неправильности в работе механизма делительной машины, наг
носившей штрихи решетки, приводят иногда к резким скачкам
в распределении интенсивности, даже в одном и том же спектре
(так называемые „привидения“ — ghost’s).
На рис. 554 а и б представлен внешний вид приборов с ре¬
шеткой на стекле.
На рис. 555 дан вид спектрографа с решеткой, работающего
на отражении. Прибор построен по автоколлимационному прин¬
ципу.
Рис. 555.
В. А. Гаврилов
Глава XX
ПОЛЯРИЗАЦИОННЫЕ ПРИБОРЫ
Поляризованный свет можно получить двумя методами (см. гл. И).
1. Отражением (а также и преломлением) естественного (т. е.
не поляризованного) света от полированных стеклянных поверх-
ностей. В этом случае наибольшей поляризации можно достигнуть
при падении лучей под так называемым углом полной поляриза¬
ции. Хорошр поляризованный свет гролучается отражением под
углом полной поляризации естественного света от черного поли¬
рованного стекла.
При многократном преломлении и отражении поляризация уси¬
ливается, что и осуществляется в стеклянной стопе, представляю¬
щей ряд тонких полированных пластинок, сложенных вместе.
Здесь поляризация света осуществляется сочетанием отражения
и преломления.
2. Пропусканием естественного света через двоякопреломляющие
кристаллы, т. е. среды, имеющие определенную пространственную
ориентировку молекул. В этом случае получается наиболее интен¬
сивный и полностью поляризованный свет1 (см. Поляризационные
призмы, гл. XXXI).
§ 1. Поляриметры и сахариметры
Ряд веществ обладает способностью вращать плоскость поля¬
ризации. Величина угла вращения ос зависит от свойств „актив¬
ного“ вещества, толщины проходимого лучами слоя, температуры
и длины волны. Рассматриваемые здесь поляризационные приборы
и предназначены, главным образом, для определения угла враще¬
ния а, что позволяет определять концентрацию (в растворах)
„активных“ веществ или исследовать их физико-химические свойства.
1 Другие способы получения поляризованного света — воздействием
электрического и магнитного полей, сдавливанием, растяжением, наблю¬
дение света, рассеянного мутной средой, — здесь не приводятся.
606
Общая схема поляризационного прибора приведена на рис. 556.
Осветительная система дает изображение источника света на
диафрагме анализатора. Действительное изображение полутени
(см. дальше), рассматриваемое через окуляр, приходится на диа¬
фрагме поля зрения зрительной трубы.
Метод измерения а может быть двояким.
1. Измерейие основано на разности положений анализаторау
а именно: положения, когда свет, идущий из поляризатора, пол¬
ностью погашается при отсутствии активного вещества, и по¬
ложения, когда погашение свершается при включении актив¬
ного вещества. Разность отсчетов по градуированному * кругу дает
непосредственно величину а.
2. Измерение совершается не анализатором, а перемещением
клиньев из кварца (см. Компенсаторы). Анализатор в этом случае
закрепляется неподвижно.
В обоих случаях критерием конечной установки анализатора
или передвижения кварцевых клиньев компенсатора служит: или
Рис. 556.
максимальная темнота поля зрения или (что и принято в совре¬
менных приборах) одинаковая яркость смежных полей, получаемых
при помощи так называемых полутеневых систем поляризаторов.
Поляриметры и сахариметры отличаются друг от друга тем
(см. ниже), что у первых вращается анализатор (отсутствует ком¬
пенсатор), у вторых имеется кймпенсатор (анализатор неподвижен).
1. Полутеневые системы поляризаторов, а) Система Желле
и Корню (рис. 557). Обыкновенная поляризационная призма раз¬
резается в направлении падающего луча; места разрезов, после
бтшлифовки под некоторым углом, вновь склеиваются. Направле¬
ние колебаний поляризованного света, выходящего из полученных
таким образом призм, отличается на небольшой так называемый
полутеневой угол <р. Поле зрения при различных положениях ана¬
лизатора (или клиньев компенсатора) ймеет вид, изображенный
на рис. 557. Неизменность полутеневого угла о делает этот поля¬
ризатор неудобным для точных исследований (погрешность воз¬
растает с увеличением угла о и различно для различных длин
волн). Поэтому он нашел применение лишь в приборах, предна¬
значенные для быстрых и грубых исследований.
б) Система Лорана (рис. 558) представляет круглую или пря¬
моугольную пластинку из кварца, вырезанную параллельно опти¬
ческой оси и укрепленную относительно поляризатора так, что
607
она закрывает либо центральную часть либо половину отверстия
поляризатора.
Толщина пластинки должна для какого-нибудь монохроматиче¬
ского света вносить разность хода в 1/2\ или нечетное число l/tk.
Оптическая ось пластинки должна образовывать малый угол о
с направлением колебаний поляризатора.
Рис. 557.
Рис. 558.
Недостатками этой системы являются: необходимость упот¬
ребления строго монохроматического света и высокие требова¬
ния, предъявляемые к плоскопараллельности пластинки.
в) Система JIunnuxa (рис. 559), наиболее совершенная и распро¬
страненная, представляет сочетание большой поляризационной приз¬
мы с одной или двумя малыми поляризационными призмами. Приз¬
мы ставятся друг по
отношению к другу
так, чтобы направления
колебаний образован¬
ные малыми призмами,
давали с направлением
колебания, образован¬
ным большой призмой,
небольшой угол <р. Каж¬
дая из малых призм
перекрывает х/3 отвер¬
стия поляризатора.
Установка, при наличии двух малых призм, производится на оди¬
наковую яркость всех трех частей поля зрения.
2. Системы компенсаторов. Клиновые кварцевые компенса¬
торы применяются в сахариметрах (взамен вращения анализатора),
т. е. в приборах, предназначенных для определения процентного со¬
держания растворенного сахара при помощи специальной шкалы
(см. Шкала Фентцке).
Наиболее употребительны две системы компенсаторов,
а) Компенсатор представляет сочетание плоскопараллельной
пластинки из правовращающего кварца и двух клиньев из лево¬
вращающего кварца (рис. 560). Клинья и пластинка вырезаются
перпендикулярно к оптической оси. Один клин — короткий, не¬
Рис. 559.
подвижный; другой — длинный, подвижный. В совокупности оба
представляют плоскопараллельную пластинку переменной толщины.
Благодаря тому что направления вращения плоскости поляриза¬
ции в пластинке и клиньях противоположны, нулевая точка ком¬
пенсатора устанавливается при равенстве толщины клиньев и пла¬
стинки (при отсутствии раствора). Недостаток этого компенсатора
заключается в наличии воздушного промежутка переменной
толщины, что дает смещение в горизонтальном направлении изо¬
бражения границы полутени.
б) Более совершенный, более употребляющийся и не имеющий
недостатка предыдущего — двойной клиновой кварцевый компен¬
сатор (рис. 561). Он состоит из двух небольших неподвижных
клиньев из правовращающего кварца и двух
больших подвижных — из левовращающего
кварца. Большие клинья передвигаются не¬
зависимо один от другого, благодаря чему
установка на равенство полей может быть
повторена в различных местах компенса¬
ционных клиньев.
Шкала Фентцке. В сахариметрах шкала
клиньев, вместо круговых градусов, разде¬
лена на градусы Фентцке. Непосредственное процентное содер¬
жание сахара в растворе определяется следующим образом:1
„Взвешивают латунным разновесом 26 г чистого сахара в воз¬
духе при 20° С и дополняют водой до 100 смъ. В трубке, дли¬
ной в 200 мм, этот раствор дает вращение в 100° Фентцке“.
Некоторыми фирмами изготовляются эталонные кварцевые пла¬
стинки, имеющие на 100° Фентцке толщину в 1,595 мм и даю¬
щие вращение плоскости поляризации для натрового света в 34,66
круг, градуса. Таким образом 1°Ф = 0,3466° круг.; 1° круг. =
= 2,8854° Ф.2
3. Модели поляриметров и сахариметров. Рис. 562 изо¬
бражает поляриметр Цейсса. Полутеневой поляризатор Липпиха
делит поле на две или три части. Ö анализатором связан круг,
разделенный на деления в 1/4°; с нониусом можно отсчитывать
Vюо° круг.
На рис. 563 представлен поляриметр, выпускаемый фирмой
Шмидт и Генш, отличающийся от цейссовского лишь конструк¬
тивными деталями.
Рис. 564 показывает цейссовский сахариметр с тройным полу-
теневым полем. Передвижение клиньев компенсатора осущест¬
вляется посредством рукоятки на винтах. Анализатор неподвижен.
Отсчет производится, через микроскоп-окуляр. Освещение шкалы
конденсатора, находящейся внутри кожуха, достигается посред-
1 Вейгерт, Оптические методы химии, 322.
2 Французские фирмы выпускают сахариметры большей частью со
шкалой Солея, по которой 1° Солея = 21,67° круг.
39 Зак. 3730. Справочн. кн. оптико-механика. 609
Рис. 560. Рис. 561.
610
Рис. 563.
Рис. 562.
ством специального устройства призм. Употребляется белый свет.
Пределы измерений:-^25°-}-105° Фентцке; с нониусом можно от¬
считывать 0,1° Фентцке.
Рис. 565 показывает совершенно аналогичный сахариметр фир¬
мы Аскания, но с двойным клиновым компенсатором.
Рис. 564.
Рис. 565.
Большие универсальные приборы выпускает Шмидт и Генш.
Они пригодны для исследования содержания сахара, белка, мине*
39* 611
12
Рис. 566.
Рис. 567.
ральных веществ, масел и т. д. и применяются в медицинских и
научно-исследовательских учреждениях, химической, нефтяной и
других отраслях промышленности.
Из многочисленных типов таких приборрц упомянем лишь
о большом поляриметре по Липпиху, с круговой шкалой и моно¬
хроматором, что позволяет исследовать названное вещества в мо¬
нохроматическом свете различных участков спектра (рис. 566).
Отсчет поворота анализатора производится при помощи двух
нониусов и двух отсчетных луп. Точность отсчета — не менее
0,01° круг.
Не приводя всех многочисленных видов существующих поля¬
риметров и сахариметров — ввиду их крайнего многообразия и не¬
значительных отличий в чисто внешнем оформлении, — упомянем
о карманных поляриметрах, предназначенных для быстрого
и сравнительно точного анализа, так сказать, на-ходу. Рис. 567
изображает такой поляриметр Цейсса с точностью измерений до
0,1%=0,1°.
§ 2. Полярископы
Рч
/
Полярископы — приборы, с помощью которых можно опреде¬
лить степень поляризации, расположение плоскости поляризации
и характер поляризованного света.
Простейший из полярископов — любой поляризатор, работаю¬
щий как анализатор. Пропустив исследуемые лучи через него
и вращая вокруг оси, заключаем: если интенсивность
пройденного света не меняется, то лучи естествен¬
ные (или поляризованные по кругу). Если при двух
положениях анализатора свет вполне, погашается, то
он поляризован прямолинейно; если же свет целиком
не погашается, то имеем частичную поляризацию, и
при минимуме интенсивности определяется плоскость
поляризации.
Пластинка Савара является более совершенным
полярископом. Она представляет собой две кварцевые
пластинки; вырезанные под углом в 45° к оптической
оси и склеенные так, что их оси стоят перпендику¬
лярно друг к другу. Ее укрепляют между поляризую¬
щей средой и анализаторов так, чтобы плоскость оп¬
тических осей пластинки составляла угол в 45° с пло¬
скостью поляризации анализатора, и если направление
колебаний исследуемого света параллельно или перпен¬
дикулярно направлению колебаний анализатора, наблюдают ин¬
терференционные полосы. Это. устройство определяет степень по¬
ляризации до 2—3%.
Полярископ Корню (рис. 568). Двоякопрелоадляющая призма
Волластона W дает в глазу удвоенное изображение прямоугольного
отверстия Л, которое рассматривается через поляризационную
613
Рис. 568.
призму Р; последняя вращается и следовательно может устанавли¬
ваться на равенство двух полей (даваемых призмой Волластона).
При частичной поляризации света оба поля кажутся неодинаковой
интенсивности, и призма Р должна устанавливаться так, чтобы
cfijb2 = tg2a, где а — интенсивность одного поля, Ь — интенсив¬
ность другого поля. Таким образом по углу а может быть опре¬
делена степень поляризации.
Прибор находит применение в метеорологических наблюдениях,
поляризации небесного свода.
§ 3. Приборы для изучения напряжений в поляризованном
свете
В настоящее время получает все большее распространение и
признание оптический метод изучения напряжений. Физические
основы этогб метода — открытое Брюстером явление, заключаю¬
щееся в том, что оптически однородные тела (стекло, целлюлоид,.
желатина) под воздействием внешних механических сил (растяже¬
ние или сжатие) изменяют свои оптические свойства и становятся
двупреломляющими. В поляризованном свете такие ставшие
двупреломляющими тела обнаруживают явления хроматической;
поляризации.
Величина двойного лучепреломления зависит от величины вне¬
шних сил, вызывающих деформацию, и хроматическая поляриза¬
ция, в случае изменения величин действующих сил, будет выра¬
жаться (внешне) определенными переходами цветовых оттенков^
Эти изменения цветовых оттенков, иногда поразительные по своей?
красоте, и наблюдаются в приборах рассматриваемой группы.
В зависимости от характера оттенков и их распределения
в наблюдаемой картине определяются места наиболее опасных
натяжений, вызванных воздействием внешних сил.
Очевидно, что для исследования распределения и величины
напряжений в непрозрачных телах требуется изготовить модель
детали из прозрачного материала (стекла, целлюлоида и т. д.)„
с которой и ведутся исследования.
Простейшим прибором данной группы является прибор Кёниге-
бергера (рис. 569). Свет вольтовой дуги попадает на конденсор К
и с помощью рассеивающей линзы Ьг приблизительно параллель¬
ным пучком падает на поляризатор Р. Затем — уже линейно по-
614
Рис. 569.
ляризованный — он падает на испытуемый образец и идет в ана¬
лизатор Л, после которого падает на линзу Lь дающую на экране
изображение испытуемого образца. Поляризатор и анализатор дол¬
жны быть скрещены. Помещая образец без нагрузки, на экране
ничего не увидим. Приложив к образцу внешние силы, т. е. еде*
лав его двупреломляющим, получим на экране его контур с ха¬
рактерными цветовыми полосами.
Более совершенным является прибор Цейсса. В нем для полу¬
чения картины хроматической поляризации в возможно большей
области испытуемого образца употребляются слюдяные пластинки
* */4 X, дающие круговую поляризацию. Свет от вольтовой дуги соби¬
рается конденсором К в поляризаторе Р (рис. 570). По выходе
из последнего линейно поляризованный свет проходит через слю¬
дяную пластинку в х/4 X, поставленную так, что ее главные направ¬
ления составляют угол в 45° к главной плоскости поляризатора
Такое расположение превращает свет линейно поляризованный в по¬
ляризованный по кругу. Линза Lx посылает на испытуемый обра-'
зец параллельный пучок, а линза Ц собирает лучи в анализаторе А,
предварительно пропуская их через вторую пластинку */4Х, глав¬
ные направления колебаний которой составляют угол в 45° к на¬
правлению колебаний анализатора, но обратно первой пластинке
(такое расположение второй пластинки восстанавливает линейную
поляризацию). На экране (или фотопленке) с помощью линзы
получают изображение испытуемого образца.
Рис. 570.
Рис. 571.
615
Достаточно совершенной установкой, позволяющей исследовать
детали в натуральную величину, является установка Кирпичева-
Зайцева. Здесь поляризатором и анализатором, вместо поляриза¬
ционных призм, дающих малое поле зрения, служат зеркала из
черного (морблитового) стекла. Свет от источника падает на зер¬
кало-поляризатор под углом полной поляризации и проходит затем
через слюдяную пластинку х/4 X (рис. 571). Затем лучи, аналогично
предыдущим приборам, проходят через испытуемый образец,
вторую пластинку */4 X и падают на зеркало-анализатор, глядя
в которое, наблюдатель и видит деформируемый объект с красивей¬
шей картиной хроматической поляризации. Простота, дешевизна
и удобство этой установки очевидны. Недостаток ее — трудность
изготовления пластинок */4Х больших размеров.
Область применения оптического метода изучения напряжений
в деталях машин, в производстве оптического стекла и в других
областях может быть весьма широка.
JI. И. Демкина
Глава XXI
СВЕТОФИЛЬТРЫ
1. Светофильтрами называются относительно тонкие, ограни¬
ченные плоскопараллельными поверхностями слои прозрачного ве¬
щества, обладающего избирательным пропусканием.
По характеру спектрофотометрической кривой коэфициента
пропускания светофильтры могут быть разбиты на четыре
группы.
Светофильтры первой группы пропускают длинноволновый и
поглощают короткЬволновый конец спектра. Отдельные светофиль¬
тры этой группы отличаются между собой положением границы
пропускания, которая может перемещаться, начиная от ультрафио¬
летовой и кончая крайней красной частью видимой области спек¬
тра. Первая группа включает в себя серию желтых, оранжевых и
красных фильтров.
Ко второй, значительно меньшей группе относятся фильтры
с пропусканием коротковолнового и поглощением длинноволнового
края спектра. Здесь, так же как и в первой группе, граница про¬
пускания может перемещаться вдоль по спектру. Цвет фильтров
в большинстве случаев бывает сине-зеленым.
Третья группа заключает в себе светофильтры, обладающие
одной или несколькими областями пропускания, разделенными
между собой участками с резко выраженным поглощением.
К четвертой группе относятся все фильтры, которые не могут
быть включены ни в одну из первых трех групп, т. е. фильтры
с нехарактерным избирательным поглощением, например нейтраль¬
ные светофильтры.
2. Наибольшее распространение имеют светофильтры, изгото¬
вленные из окрашенного стекла, желатины или растворов, заклю¬
ченных в кюветы с плоскопараллельными гранями.
Пределы, в каких могут меняться выделяемые светофильтрами
участки спектра, определяются границами пропускания бесцвет¬
ного вещества, в которое вводится краситель, или же вещества, из
617
которого сделаны ограничивающие кювету пластины. Имеем сле¬
дующие области пропускания:
1. Стекло 270— 4000 лер.
2. Вода 180 — 1 500 ,
3. Этиловый спирт . 200— 1 500 „
4. Кварц 160— 4 000 „
5. Флюорит .... 130—11000 *
Вводимые в желатину или растворимые в воде органические
красители обладают значительно более резко выраженными обла¬
стями поглощения и соответственно значительно более крутым
спаданием кривых, чем растворенные в стекле неорганические кра¬
сители. Только в случае использования коллоидных красителей
и в стекле можно иметь достаточно резко выраженные полосы
поглощения.
Однако все же стеклянные светофильтры представляют для
практики наибольший интерес, так как они обладают перед дру¬
гими светофильтрами рядом преимуществ, а именно: светопроч-
ностью, простотой использования, однородностью, возможностью
придания любой формы и наконец дешевизной.
3. За границей цветное оптическое стекло стало изготовляться
впервые Шоттом, в Иене, в начале текущего столетия. В настоя¬
щее время цветные светофильтры выпускаются рядом фирм, как-
то Шоттом, Корнингом, Чэнсом.
У нас в Союзе изготовление цветного стекла сосредоточено
на Изюмском заводе (ИЗОС), где налажено производство боль¬
шого числа сортов. Соответственно этому ниже приводятся дан¬
ные одного „изюмского“ стекла.
618
Рис. 572
Рис. 572 б.
На рис. 572 а и б, 573 и 574 даны кривые коэфициента пропус¬
кания в ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной областях
спектра. Здесь по оси абсцисс отложены длины волн в миллими¬
кронах, причем масштаб для инфракрасной области взят иным*
чем для видимой, а по оси ординат — коэфнциент пропускания*
выраженный в процентах. Показанные у кривых шифры — завод¬
ские марки цветных стекол ИЗОСа, из которых сделаны свето¬
фильтры.
Обозначения ИЗОСа, построенные аналогично обозначениям
Шотта, состоят из двух или трех букв и порядкового номера.
Первая или первые две буквы являются начальными буквами на¬
звания цвета, например: К—красный, Ж—желтый, СЗ—сине-
зеленый и т. д., а последняя — у всех сортов одинаковая бук¬
ва С—есть начальная буква слова стекло. Для каждого цвета
стекла имеет место своя нумерация, причем, как правило, чем
темнее стекло йри данном цветовом тоне, тем выше порядковый
номер.
4. Визуальной характеристикой светофильтра является его
цвет, который определяется как цвет белой поверхности, рассма¬
триваемой через данный светофильтр при освещении ее источни¬
ком с некоторой нормированной цветовой температурой.
Цвет светофильтра в системе МОК (Международная осветитель¬
ная комиссия) численно характеризуется во-первых значениям»
двух трехцветных коэфициентов х и у, определяющих его цвет¬
ность, и во-вторых—общим коэфициентом пропускания Т.
В табл. 81 приводятся для светофильтров ИЗОСа толщиной
в 2 мм координаты цвета при стандартных источниках А (2848° К)
и В (4800° К).
619*
Рис. 573.
Рис. 574.
Таблица 81
Координаты цвета светофильтров ИЗОСа толщиной в 2 мм
5. Один и тот же сорт стекла может быть использован в са¬
мых различных направлениях. В табл. 82 приводится сводка дан¬
ных относительно применения стеклянных светофильтров с ука¬
занием сорта стекла ИЗОСа и их толщины.
620
Таблица 82
Данные о применении стеклянных светофильтров
№
по
пор.
Назначение или характеристика
светофильтров
Светофильтр
Марка стекла
Толщина
мм
Светофильтры, применяе¬
мые при фотосъемке
1. Аэрофотосъемка
а) Несенсибилизированные пластин¬
ки
б) Ортохроматические пластинки .
в) Панхроматические пластинки • .
г) Пластинки, чувствительные к ин¬
фракрасной области спектра j
2. Художественная фотография j
3. Получение контрастных снимков
И. Светофильтры, применяе¬
мые в полевых наблюдатель¬
ных приборах
а) Средний уровень яркости объ¬
ектов наблюдения
б) Высокий уровень яркости . . .
III. Светофильтры, применяе¬
мые в измерительных при¬
борах
1. Дальномеры с неахроматизирован-
ным компенсатором
а) Средний уровень яркости объ¬
ектов наблюдения
б) Высокая яркость
в) Слепящая яркость*
2. Секстаны
а) Средний уровень яркости объ¬
ектов .наблюдения
б) Высокая яркость
в) Слепящая яркость
г) Наблюдение солнца
3. Оптические пирометры
а) Красный монохроматический . .
б) Ослабляющий яркость
621
Продолжение
№
Назначение или характеристика
светофильтров
Светофильтр
по
пор.
Марка стекла
Толщина
мм
18
4. Трехцветные колориметры
а) Измерительный красный ....
КС 5
2—4
19
б) Измерительный зеленый ....
ЗС 2
2—4
20
в) Измерительный синий * . . . .
СС 5
2—4
21
5. Фотометры
Нейтральные • |
НС 1, НС 2
НС 3, НС 4
1-5
22
Голубые — для уравнивания цвет¬
ности
- СС 2
0,5-3
23
IV. Светофильтры, служащие
для выделения отдельных
участков спектра
1. Серия светофильтров с узкими об¬
ластями пропускания и с постепенно
перемещающимся положением макси¬
мума
Ультрафиолетовый
ФС 2
1—3
24
Фиолетовый
ФС 1
2-4
25
Синий
СС 5
2—4
26
Сине-зеленый
СЗСЗ
2—4
27
Зеленый
Желто-зелень*й
ЗС 1, ЗС 2
2-4
28
ЖЗС 1
2-4
29
Желтый
СС 2 + СЗС 2
по 2
30
Оранжевый
ОС 4 + СЗС 2
по 2
31
СС4 + КС 9
по 2—6
32
Инфракрасный
СЗС 3 + КС 9
по 3—5
33
2. Серия светофильтров, выделяющих
целиком ультрафиолетовую, инфра¬
красную и дробные части видимой
области спектра
Ультрафиолетовый
ФС 2
1-3J
34
Инфракрасный j
КС 10, КС 11,
КС 12
2-5
35
ТСрасно-оранжевая треть видимой об¬
ласти спектра. . .
КС 1
2—6
36
Желто-зеленая треть видимой области
спектра
ЖЗС 1
2-4
37
Сине-фиолетовая треть видимой обла¬
сти спектра
СС 5
2-4
38
Красно-желтая половина видимой об¬
1
39
ласти спектра
ОС 2
2—6
Сине-зеленая половина видимой обла¬
/
сти спектра •
СЗС 3
2-4
622
Продолжение
№
по
пор.
Назначение или характеристика
светофильтров
Светофильтр
Марка стекла
Толщина
мм
V. Светофильтры, применяе¬
мые в светотехнике
1. Освещение
а) Фильтры „дневного“ света . - .
б) Фильтры для цветного театраль¬
ного освещения
Красные j
Оранжевые
f
Желтые {
I
Желто-зеленые
Зеленые
Сине-зеленые • . . . {
1
Синие
2. Сигнализация
Красные • . . . . |
Желтые |
Зеленые ., ., j
Сине-зеленые j
Синие |
VI. Защитные светофильтры
Работа на мартеновских печах . . . .
Автогенная сварка j
Электросварка j
623
6. При всем разнообразии кривых пропускания стеклянных
светофильтров все же в некоторых случаях оказывается необхо¬
димым пользоваться желатиновыми, жидкими, а иногда и газооб¬
разными светофильтрами.
Желатиновые светофильтры незаменимы, когда стоит вопрос
о вырезании узких участков спектра. У нас в Союзе широкое
изготовление этих светофильтров поставлено в ряде лабораторий*
например в фотографическом секторе ГОИ, в физической лабо¬
ратории ГОМЗа и др.
7. Из жидких фильтров особое распространение получили сле¬
дующие.
1) Фильтры для осуществления стандартных белых источников
света для колориметрических и сенситометрических целей, состоя¬
щие из двух растворов, заключенных в двойной кювете, сделан¬
ной из бесцветного оптического стекла. Толщина слоя каждого
из растворов у всех светофильтров равняется 1,00 см. Составы
растворов указаны в табл. 83.
Таблица 83
Жидкие фильтры для колориметрических и сенситометрических
целей
Состав раствора
Ф
и л ь т
р ы
В
С
Сенситоме¬
трический
1-й раствор
Медный купорос (CuSO* • 5Н20) .
Маннит [С6Н8(ОН)6]
ПИРИДИН (C5H5N)
Дестиллированная вода до . . .
2.452 г
2.452 „
30,0 смз
1000 „
3.412 г
3.412 ,
30,0 см*
1000 *
3.707 г
3.707 „
30,0 смз
1000 „
2-й раствор
Сульфат кобальт-аммония
[C0SO4 (NH4)2S04 • 6Н20] . . . .
Медный купорос (CuS04 • 5Н20) .
Серная кислота (уд. вес 1,835). .
Дестиллированная вода до . • . .
21,71 г
16,11 „
10,0 смъ
1000 „
30,580 г
22,520 „
10,0 слг
1000 „
26,827 г
27,180
10,0 смв
1000 „
а) Фильтр В служит для перехода от стандартного источника А
(2848°К) к белому стандартному источнику В (4800°К).
б) Фильтр С служит для перехода от стандартного источника А
(2848°К) к белому стандартному источнику С (6500°К).
в) Фильтр для сенситометрических целей служит для перехода
от источника с цветовой температурой 2360СК к среднему вашинг¬
тонскому полуденному излучению.
624
2) Светофильтр в виде водного раствора медного или желез¬
ного купороса служит для поглощения инфракрасных лучей
в проекционных установках.
3) Водный раствор хлористого никеля (NiCl2) в кювете с квар¬
цевыми стенками служит для выделения ультрафиолетовой области
около 3100А. На рис. 575 дана спектрофотометрическая кривая
коэфициента пропускания этого светофильтра.
8. Не существует светофильтров одиночных или комбиниро¬
ванных, которые пропускали бы одну только область спектра,
лежащую ниже 3000 А. Лучшим приближением к этому типу яв¬
ляется газовый светофильтр, образованный смесью паров брома
м хлора, заключенных в трубку с кварцевыми окошками.
Впрочем в последнее время Брумбергом (ГОИ) были предло¬
жены искусственные светофильтры, образованные призмами из
твердых, прозрачных для ультрафиолетовых лучей материалов
(кварц, исландский шпат и т. д.) с жидкой прослойкой между
ними, действие которых, аналогичное николю, допускает выделе¬
ние самых разнообразных участков спектра, хотя бы и в ультра¬
фиолете, при соответственном комбинировании материала призм
и жидкостей.
Принцип действия такого светофильтра уясняется из рис. 575 а,
на котором видно, что здесь используются различия в показате¬
лях преломления лучей с разной длиной волны, особенно силь¬
ные вблизи полос поглощения, где имеет место так называемая
аномальная дисперсия. Сама полоса поглощения является также
своего рода ограничителем (по другую сторону) спектрального
участка прозрачности такого составного светофильтра.
Рис. 575.
Рис. 575а.
40 Зав. 3730. Справ очн. як. омтжко-механжк*.
G25
Л. Н. Гассовский
Глава XXII
ОПТИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ ДЛЯ КОРРЕКЦИИ, ЗАЩИТЫ И ИС¬
СЛЕДОВАНИЯ ГЛАЗА
А. ОПТИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ ДЛЯ ОПТИЧЕСКОЙ КОРРЕКЦИИ И
ЗАЩИТЫ ГЛАЗА
Эти приборы известны под названием очковых линз, если они
состоят из одной линзы, и очковых приборов, если они состоят
из нескольких линз.
Назначение тех и других приборов—повышение эффективности
работы глаза и уменьшение вредного влияния тяжелой для зрения
работы.
Достигается это или путем исправления (коррекции) аметро¬
пии, астигматизма и косоглазия, если имеются налицо эти недо¬
статки зрения, или путем уменьшения либо устранения аккомода¬
ционных или конвергенционных напряжений, или же путем увели¬
чения изображений объектов на сетчатке глаза. Применяемые во
всех этих случаях линзы и очковые приборы известны под назва¬
нием корригирующих. Те же линзы или очковые приборы, кото¬
рые повышают эффективность работы глаза путем защиты сетчатки
от излишних световых раздражений — летящих механических ча¬
стиц, ветра и т. п.,—известны под названием защитныхг.
§ 1. Принцип коррекции аметропического глаза и требования,
предъявляемые к корригирующей очковой линзе
Обширные работы по изучению строения глаза как оптиче¬
ского прибора (Гулльстранд) и разработка требований, предъявляе¬
мых к очковой линзе, произведенные в конце XIX столетия, привели
к созданию новых форм очковых линз и изменили взгляд на послед¬
ние. Эт^ линзы рассматриваются в настоящее время как точный
оптический прибор, требующий как тщательной юстировки по отно¬
шению к оптической системе глаза, так и тщательного изготовле¬
ния. Одновременно с этим созданы новые методы исследования
глаза и назначения коррекции для него.
626
Основная цель оптической коррекции глаза—получение на сет¬
чатке аметропического глаза резкого изображения видимых объ¬
ектов при покое аккомодации глаза. Это может быть достигнуто
помещением перед глазом линзы, задний фокус которой совпадает
с дальнейшей точкой глаза.
В случае миопического глаза (рис. 576) для этой цели должна
быть применена отрицательная (рассеивающая) линза, в слу¬
чае же гиперметропи-
ческого глаза (рис. 577)
коррекция достигается
путем помещения пе¬
ред глазом положи¬
тельной (собиратель -
ной) линзы.
Совпадение задне¬
го главного фокуса
корригирующей линзы
с дальнейшей точкой
глаза является усло¬
вием правильной кор¬
рекции аметропии-
Условие это должно быть соблюдено не только для случая,
когда глаз смотрит через оптический центр корригирующей
линзы, но и для любого иного положения глаза, смотрящего
через очковую линзу. Вращение глазного яблока в его ор-
Ркс. 576.
Рис. 577.
бите происходит около центра вращения глазй (точка Z' на
рис. 576 и 577). Для схематического глаза эта точка расположена
внутри глаза на расстоянии 13 мм, считая от передней вершины
роговицы. При вращении глаза дальнейшая точка глаза не остается
неподвижной, а занимает разные положения на так называемой
сфере дйльнейших точек.
Пересечение этой сферы, имеющей радиус Z'R, с плоскостью
чертежа обозначено на рис. 576 и 577 буквами RtR2R^ Оче¬
видно, что условие правильной коррекции аметропии должно
быть осуществлено для любого направления -взгляда через. очко¬
40* 627
вую линзу, для чего необходимо, чтобы поверхность, на которой
расположены задние фокусы корригирующей линзы (так называе¬
мая поверхность резкого изображения), совпадала во всех своих
точках со сферой дальнейших точек*
Имея в виду условие правильной коррекции аметропии, т. е.
совпадение точек Ftf и /?, нетрудно видеть, что рефракция корри¬
гирующей линзы зависит от ее положения перед глазом.
Эта связь между величиной рефракции корригирующей линзы
и ее расстоянием от глаза выражается следующими формулами,
справедливость которых вытекает из рис. 576 и 577:
где // — заднее фокусное расстояние корригирующей линзы;
а — расстояние от передней главной точки глаза до дальнейшей
точки его, известное, если известна аметропия глаза; 8—расстояние
от задней главной точки корригирующей линзы до передней глав¬
ной точки глаза.
Вставляя в эту формулу, вместо отрезков, их обратные зна¬
чения в диоптриях, получаем формулу:
в которой: Dt — рефракция корригирующей линзы; А — аметропия;
значение же 8 указано выше.
Из предыдущих формул вытекает, что рефракция корригирующей
линзы отличается от величины аметропии глаза и притом тем
больше, чем дальше отстоит линза от глаза.
При назначении корригирующих аметропию линз, помимо зна¬
чения рефракции линзы, должно быть обязательно указано ее
положение перед глазом в момент исследования. Если при подгонке
очковой оправы не удается сохранить за корригирующей линзой
то ее положение, которое ойа имела в момент исследования, то
должна быть изменена ее рефракция. Новое значение этой рефрак¬
ции может быть найдено с помощью формул (1) или (2).
Ввиду того что расстояние 8 практически трудно измеримо,
вместо него обычно измеряют другой отрезок 8, который пред¬
ставляет собой расстояние от задней вершины корригирующей
линзы до вецшины роговицы глаза. В связи с введением отрезка
1Г формулы (1) и (2) могут быть даны в виде:
и
В этих формулах: V[— заднее вершинное фокусное расстояние
корригирующей линзы; А'т — задняя вершинная рефракция корри¬
гирующей линзы; а=1/Л, где А — аметропия глаза.
628
Обозначение линз по их задней вершинной рефракции
(вместо обычной рефракции D), помимо упрощения измерения
расстояния от линзы до глаза, имеет еще другое преимущество:
в этом случае всегда возможно заменить линзу одной формы лин¬
зой другой формы тех же диоптрий, при условии сохранения
неизменного 8.
Длй измерения величин 8 пользуются кератометром и^и же спе¬
циальным приспособлением на универсальной пробной оправе
(см. описание оправы на стр. 678).
В случае если обращенная к глазу поверхность линзы вогнута,
расстояние 8 слагается из отрезка е от края линзы до роговицы»
который определяется так, как только-что указывалось выше,
и отрезка t от края линзы до ее задней
вершины. Последний отрезок может быть
определен помощью глубиномера (рис. 578).
Для того чтобы, зная две из трех вели:
чин А, А^ и 8, найти третью, возможно,
вместо вычисления по формулам (3) или (4),
пользоваться табл. 84 и 85.
Примеры. 1. Какова задняя вершин¬
ная рефракция (А^) корригирующей линзы
для глаза, аметропия которого Л равна—19
дптр. при расстоянии от линзы до глаза 8
в 12 и 17 мм?
Для решения вопроса ищем в левом вертикальном столбце
табл. 84 (аметропия) значение —19 дптр. и идем по соответству¬
ющей ему горизонтальной строке, содержащей разные значения
задней вершинной рефракции А^ корригирующей линзы для этого
глаза, до пересечения с вертикальными столбцами, имеющими на¬
верху значения расстояния от линзы до глаза "8=12 и 17 мм•
J-^аходим: для 8 = 12 мм А'^ — —25,5 дптр. и для <Г= 19 мм
А’т = —31,0 дптр.
2. Найти заднюю вершинную рефракцию корригирующей лин¬
зы А^ для 8=13 мм, если Ä^ — -j-15 дптр. для 8 = 8 мм.
Находим в верхней горизонтальной строке табл. 85 среди зна¬
чений 8 равное § мм и идем вниз по соответствующему верти¬
кальному столбцу, в котором даны разные значения А^ для этого
8, пока не найдем значение Л^=15 дптр.; отсюда двигаемся по
горизонтальной строке до пересечения с вертикальным столбцом
для 8=13 мм. На пересечении этих двух строк и находим иско¬
мое значение А^ для 8= 13 мм, равное14 дптр.
3. А’^ =15 дптр. при 8=19 мм. Найти аметропию глаза А
и для 8= 10 мм.
€29
Рис. 578.
Т а б л и
Значения величины Ат' при разных А и
Расстояние от задней вершины корригирующей линзы до пе
да 84
гл
Ь для случая миопического глаза
631
редней вершины роговицы, мм (величина
Т а 6 л ж
Значения величины А^' при разных А к
632
Расстояние от задней вершины корригирующей линзы
ц а 85
Ь для случая гиперметропического глаза
до передней вершины роговицы глаза, мм (величина I)
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Из табл. 84 находим: А — —11 дптр.; для о =10 мм —
= —13,2 дптр.
Обе таблицы начинаются только со значений аметропии глаза»
равных ± 5 дптр. При меньших значениях аметропии влияние изме¬
нения 8 сказывается на величине Ä весьма слабо, и изменения
оо
А^ не имеют практического значения.
§ 2. Различные формы корригирующих очковых линз
Задача построения очковой линзы, удовлетворяющей требова¬
ниям, изложенным в § 1, затрудняется тем обстоятельством, что
линза эта, помещенная в очковой оправе, неподвижна, глаз же,
как указывалось выше, находится в постоянном движении.
Наличие астигматизма наклонных пучков лучей (см. стр. 118)
приводит к тому, что линза для разно падающих на нее из беско¬
нечности пучков лучей не имеет одной фокальной поверхности,
а имеет их две: одну для меридиональных пучков и другую для
сагиттальных.
Очковая линза будет только в том случае удовлетворять своему
назначению, если, в соответствии со сказанным в § 1, путем
специального подбора радиусов кривизн ограничивающих ее поверх¬
ностей возможно будет для достаточно больших углов наклона
пучков слить ее обе фокальные поверхности в одну и добиться
того, чтобы кривизна этой общей фокальной поверхности соот¬
ветствовала кривизне сферы дальнейших точек глаза.
Ведя расчет таких линз, необходимо задаваться определенным
значением расстояния от задней вершины линзы до центра вра¬
щения глаза. Это расстояние хг принимают равным 25 мм. Из
сказанного в § 1 о положении центра вращения глаза (Z') ясно,
что расстояние 8 при применении йунктальных линз должно быть
равным 12 мм. Если л/ не равно 25 мм> то такая линза не будет
уже для данного глаза свободна от астигматизма наклонных пуч¬
ков лучей.
Значения появляющегося при этом добавочного астигматизма
для двух положений линзы относительно глаза приводятся в табл.
86.
Таблица 86
Величина добавочного астигматизма (в диоптриях) пунктальных
линз, рассчитанных для х' — 25 мм и установленных на расстоянии
30 и 20 мм от точки Z'
<634
Специально рассчитанные путем повторных тригонометрических
просчетов на основе этих требований линзы известны под назва¬
нием анастигматических очковых линз. Впервые такие линзы
со сферическими поверхностями были рассчитаны и изготовлены
в 1909 г. фермой К. Цейсс и выпущены в продажу под. названием
пункталъных линз (Punktalgläser). Позже такие же линзы были
выпущены и рядом других немецких фирм под различными назва¬
ниями: Punktisken, Perpha, Isokrystar, Rectavist и др. Постепенно
под названием пунктальных стекол стали понимать (особенно
в СССР) не только линзы, выпускаемые фирмой Цейсс, но вообще
анастигматические линзы.
Пунктальная линза может считаться практически свободной
от астигматизма наклонных пучков лучей, однако второе тре¬
бование к таким линзам,
а именно совпадение об¬
щей фокальной поверх¬
ности со сферой дальней¬
ших точек, полностью
осуществлено быть не мо¬
жет для линз со сфериче¬
скими поверхностями (за
исключением одного слу¬
чая—линзы с —21
дптр.). В результате ре¬
фракция пунктальных линз
к краям несколько падает
(см. табл. 87 и рис» 579).
Однако это падение не¬
велико — не более 0,5
дптр. для положительных
линз (линза с А'^ = + 7,5 дптр.) и 0,3 дптр. для отрицательных
(линза с А{' = — 11 дптр.)- Пользующийся положительными линзами
гиперметропический глаз обычно соответствующим напряжением
аккомодации легко покрывает эту недостаточную коррекцию на
краю. В случае миопического глаза аккомодация помочь не
может: тут возможно помочь назначением несколько более силь¬
ной линзы, нежели того требует аметропия.
Расчет пунктальных линз приводит для одного и того же зна¬
чения рефракции линзы к двум комбинациям радиусов ее поверх¬
ностей, а следовательно и их рефракций при заданных п и хг.
Для бесконечно тонкой линзы (л = 1,52 и х' = 25 мм) значе¬
ния рефракций обеих поверхностей линзы, а следовательно и ра¬
диусы их могут быть приближенно (д#я небольших углов наклона)
найдены из так называемой кривой Чернинга (рис. 580).
По оси абсцисс на этом графике отложена рефракция всей
линзы,/ а по оси ординат — рефракции одной передней поверхности
линзы. Таким образом, для того чтобы например найти радиусы
635
Рис. 579.
Таблица 87
Рефракция и астигматизм на краю пунктальных линз
636
Пунктальные линзы формы Оствальда
Пунктальные линзы формы Волластона
Рефракция на краю
Сагиттальные
Тангенциаль¬
ные
Толщина
Сагиттальные
Меридиональ¬
ные
Астигматизм
дптр.
кривизн поверхностей пунктальной линзы —10 дптр., ищем п©
оси абсцисс точку, отвечающую D= —10 дптр., и по соответ¬
ствующей ей ординате двигаемся вверх до пересечения с кривой.
Место пересечения соответствует значению на ординате -f- 3 дптр.,
что и будет рефракцией Dt первой поверхности линзы.
Радиус этой поверхности:
Рефракция задней поверхности D2 очевидно равна — 13 дптр.
(ибо D — Dx £>2 ПРИ 8 = 0).
Этой поверхности отвечает радиус:
Так как кривая Чернинга представляет собой замкнутую кри¬
вую, то при дальнейшем движении по ординате—10 дптр. мы
вторично пересечем ее
(значение ординаты 16
дптр.). Это пересечение
соответствует второй воз¬
можной комбинации ра¬
диусов ограничивающих
линзу сферических по¬
верхностей для пункталь¬
ной линзы. Пунктальные
линзы, отвечающие пер¬
вому пересечению с кри¬
вой Чернинга, известны
под названием пунктпаль-
них линз формы Ост¬
вальда; линзы, отвечаю¬
щие вторичному пересе¬
чению с кривой, называ¬
ются пунктальными лин¬
зами формы Волла¬
стона.
При производстве пун-
ктальных линз предпочи¬
тают пользоваться ост-
вальдовской формой линз, значительно менее изогнутой, нежели
форма Волластона, хотя последняя и имеет некоторые другие пре¬
имущества по сравнению с первой (меньшая дисторсия и пр.).
К сожалению, помимо пунктальных очковых линз, еще до сего
времени для коррекции аметропии пользуются очковыми линзами
иных форм. Таковы линзы Bi-формы, Plan-формы (плосковыпуклые
и плосковогнутые), перископические (рефракция одной из двух
637
Рис. 580.
Рис. 581.
638
поверхностей равна постоянно или+1,25 дптр. или — 1,25 дптр.)
и мениски (рефракция одной из двух поверхностей равна посто¬
янно или-j-6 Дптр. или — б дптр.). Кривые, соответствующие этим
линзам, тоже нанесены в целя;х сравнения на графике рис. 580.
Из этого графика можно вйдеть, что мениски и перископические
линзы для отдельных значений рефракций оказываются имеющими
поверхности тех же рефракций, как и пунктальные линзы (общие
точки с кривой Чернинга). Для менисков это имеет место прибли¬
зительно при — 5,5 дптр. и — 25 дптр., для перископических линз —
при —15 дптр. и — 24 дптр., для Plan-линз—при — 21 дптр. При
постепенном отходе от этих значений рефракции линзы (в отно¬
шении их анастигматичности)
делаются все хуже.
Прямая, соответствующая
Bi-форме линз, не имеет вооб¬
ще точки пересечения с кри¬
вой Чернинга и проходит даль¬
ше всего от нее, в связи с чем
эта форма линз является в от¬
ношении астигматизма наклон¬
ных пучков лучей наихудшей
из всех других.
Сказанное подтверждается
рассмотрением табл. 88, в ко¬
торой приведены значения ре¬
фракций на краю и астигматизма
наклонных пучков лучей для
отдельных значений А'^ у пере-
чйсленных выше форм очко¬
вых линз. Существенно обра¬
тить внимание на то, что ре¬
фракции всех приводимых в таблице форм линз, кроме пунктальных,,
к краю возрастает.
Астигматизм наклонных пучков лучей в очковой линзе, дела»
систему глаз -j- линза при пользовании краевыми частями линзы
астигматической, ведет к искажениям в изображении рассматри¬
ваемых предметов и даже к полному их размыванию.
Рис. 581 и 582 иллюстрируют искажения в виде рассматри¬
ваемых объектов, получающиеся в очковых линзах разных форм.
Эти искажения приводят в случае сильных линз к необходи¬
мости заменять природное движение глазного яблока движением
всей головы, что связано конечно с большим утомлением и сни¬
жением производительности труда.
Кроме того наличие того же астигматизма наклонных пучков
лучей не позволяет врачу полностью корригировать аметропию.
Назначенная более слабая, нежели того требует аметропия, линза
не обеспечивает (при миопии) полной остроты зрения, что конечно
отрицательно влияет на качество и эффективность работы глаза,
639
Рис. 582.
Таблица 88
Рефракция и астигматизм косых пучков лучей на краю очковых
линз разных типов
640
Bi-линзы
Plan-линзы
Толщина мм
Сагиттальная
Меридиональ¬
ная
Астигматизм дптр.
Толщина мм
I Сагиттальная
Меридиональ¬
ная
Астигматизм дптр.
Толщина мм
Сагиттальная
Меридиональ*
ная
Астигматизм дптр.
Толщина мм
Сагиттальная
Меридиональ¬
ная
Астигматизм дптр.
Рефракция на
краю
Перископические линзы
Мениски
Астигматизм косых пучков лучей и возрастание рефракции к краю
у Bi-линз приводят к ошибкам при определении аметропии и под¬
боре коррекции методом субъективной пробы с помощью пробного
набора, составленного из Bi-линз.
§ 3. Катральные линзы и линзы наилучшей формы
Как можно видеть из кривой Чернинга, пунктальные линзы,
ограниченные сферическими поверхностями, могут быть изготовлены
только в пределах приблизительно от 25 дптр. до-[--8 дптр. При
аметропиях, требующих для коррекции линзы с рефракцией выше
-|-8 дптр. (обычно случаи афакического глаза), могут применяться
линзы, у которых одна из поверхностей асферическая, другая же
сферическая. Такие асферические линзы высоких положительных
диоптрий известны под названием катральных линз (Katralgläser
или Stargläser).
Сложность изготовления этих линз и обусловленная этим вы¬
сокая цена их приводят к необходимости для случая высоких
положительных диоптрий (свыше -|- 8 дптр.) изготовлять линзы,
ограниченные сферическими поверхностями, подобранными так,
чтобы получить линзы по свойствам возможно близкие к пунк-
тальным. Подобные линзы известны под названием линз наилучшей
формы (Gläser günstiger Form).
На рис. 582 показан вид объектов, изображаемых через края
такой линзы.
§ 4. Астигматические очковые линзы
Астигматическая линза будет правильно корригировать астигма¬
тический глаз в том случае, если оба ее задние фокуса будут
соответственно совпадать с дальнейшими точками главных сечений
глаза. Такая линза не должна иметь астигматизма наклонных пучков
лучей, наличие которого не только меняет величину астигматизма
линзы для взгляда через край линзы, но и самые величины ее
рефракций для меридиональных и сагиттальных пучков лучей.
Расчет показывает, что совершенная линза для коррекции
астигматического глаза должна быть асферо-торической. Называ¬
ются такие линзы пункталъными линзами для астигматического
глаза. Те же соображения, как и в случае катральных линз (см.
§ 3), заставляют, вместо этой формы, пользоваться специально
рассчитанными линзами сферо-торической формы, астигматизм на¬
клонных лучей, в которых целиком не уничтожен, но сведен к воз¬
можному для такой формы минимуму. Употребляемые еще до сего
:времени сферо-цилиндрические очковые линзы постепенно уступают
место более совершенным астигматическим линзам.
Астигматическая линза обозначается значениями величин задних
^вершинных рефракций, с их знаками, причем первой по порядку
пишется рефракция слабейшего по действию меридиана. После
41 З&к. 3730. Справочн. кн. оптжко-механжка. 541
указания этих значений ставится запятая, и указывается в градусах
направление меридиана слабейшей рефракции. Обозначение этого
направления производится по так называемой стандартной системе,
известной также под названием системы Табо (сокращенное на¬
звание германской Комиссии по стандартизации очковых линз —
Technischer Ausschuss für Brillenoptik). Система эта изображена на
рис. 583. Направление слабейшего меридиана отсчитывается при
этом так, как если бы наблюдатель смотрел извне на очковую
оправу, находящуюся на лице человека.
Примеры. 1. „— 4—5 дптр., 45° “ обозначает астигмати¬
ческую линзу, задняя вершинная рефракция которой для на¬
правления 45° по системе Табо (Д^о) равна — 4 дптр.; та же
рефракция для перпендикулярного первому направления, т. е*
135® (^оо135.)> равна — 5 дптр. Астигматизм этой линзы равен раз¬
ности абсолютных значений рефракций для главных сечений линзы,
т. е. 1 дптр.
2. я-\-2-\-7 дптр., 70Оа обозначает собирательную астигмати¬
ческую линзу, у которой aJ70O = -|-2 дптр. и ЛОО160о=+7дптр.
Астигматизм этой линзы равен 5 дптр.
3. ж-|-1,5—3 дптр., 25°" обозначает астигматическую линзу,
у которой Лоо25‘» = +1>5 дптр. и Аоо1150 =—3 дптр. Астигматизм
этой линзы равен 4,5 дптр.
До сего времени удержалось еще старое обозначение астигма¬
тических линз по рефракциям ограничивающих их поверхностей,
причем астигматическая поверхность в таких случаях подразуме¬
вается всегда цилиндрической, и в качестве направления задается
направление оси цилиндрической поверхности. Так например
*Sph — 2,5 дптр. 3Cyl — 1 дптр., Ах 50Оа обозначает астигмати¬
ческую линзу со сферической поверхностью, имеющей рефракцию
в — 2,5 дптр., и другой — цилиндрической — с рефракцией в
— 1 дптр. Астигматизм такой линзы раЕен 1 дптр. Линза повернута
так, что ось цилиндрической поверхности направлена по меридиану
50° (по системе Табо).
€42
Рис. 583.
Такое обозначение астигматических линз теряет конечно вся¬
кий смысл в случае сферо-торических линз и должно быть заме¬
нено приведенным выше, значительно более удобным и точно
отражающим существо дела.
Астигматические линзы пересчитываются на разные значения^
по правилам, изложенным в § 1 для неастигматических линз.
В этом случае пересчет должен вестись отдельно для каждого из
двух главных сечений.
§ 5. Величина изображения в корригированном аметропиче-
ском глазу
Величина изображения на сетчатке корригированного аметро-
пического глаза могла бы быть равна изображению на сетчатке
эмметропического глаза при зрении вдаль только в том случае,
если £) = Z)3, где D — рефракция системы глаз -f~ корригирующая
линза, a D2 — рефракция глаза.
Из формулы:
JD = Dj -j— Г)2 — bDxD2
нетрудно видеть, что это возможно только, если
Dt — 8DtD2 = Dx (1 — 8D2) = 0.
Так как Dx ф 0, то 1 — 8D2 = 0, и следовательно
8 = 7^-=/2' = 17,05 Мм.
U2
Отсюда следует, что только в том случае, если задняя главная
точка корригирующей линзы совпадает с передним фокусом
глаза, величина изображения на сетчатке равна по величине изо¬
бражению от того же объекта на сетчатке эмметропического глаза.
Это положение корригирующей линзы известно под названием
нормального положения. Если 8=17,05 мм, то 8 равно прибли¬
зительно 15,7 м и. Как указывалось выше, обычно при расчете
линз полагают 8=12 мм, т. е. линза попадает в положение
ближе к глазу, нежели нормальное.
В последнем случае РЬ2ф[)2У и формула легко дает, что
1) если Dx > 0 (гиперметропия), то Du2 > D2, и следова¬
тельно величина изображения меньше, нежели у эмметропа;
2) если Ох < 0 (миопия), то Dlt2 > £>2, и величина изображе¬
ния больше, нежели у эмметропа.
Изменение величины изображения на сетчатке глаза под влия¬
нием корригирующей линзы имеет весьма бслыное значение для
вопроса об определении остроты зрения и привело Гулльстранда
к введению понятия так называемой относительной остроты
зрения через корригирующую очковую линзу в отличие от абсо¬
41* 643
лютной остроты зрения, определяемой только физиологическими
свойствами сетчатки.
В случае астигматического глаза и применения астигматических
линз рассмотрение вопроса о величине изображения на сетчатке
корригированного глаза приводит к заключению о неизбежных
искажениях в восприятии формы видимых объектов и возможных
погрешностях в резкости изображений объектов внешнего мира,
которые имеет астигматик, смотрящий через корригирующие его
глаз линзы.
§ 6. Очковые линзы для работы на близких расстояниях
Сказанное в гл. III о постепенном уменьшении объема аккомо¬
дации (Ла) с возрастом (пресбиопия) приводит к выводу о необ¬
ходимости при малых значениях Аа помочь падающей аккомодации
глаза.
Если Аа — 0, т. е. аккомодация вовсе отсутствует, работа на
близком расстоянии у эмметропического глаза может быть обес¬
печена помещением перед глазом положительной линзы, передний
фокус которой совпадает с рассматриваемым объектом. Если
Аа = 0 и глаз аметропический, то для обеспечения работы на
близких расстояниях к корригирующей его линзе для дали должна
быть добавлена дополнительная линза для работы опять-таки
с фокусным* расстоянием, равным рабочему расстоянию. Конечно
в этом последнем случае имеется в виду не помещение двух
отдельных линз перед глазом, а одной, рефракция которой высчи¬
тывается на основе известных в отдельности значений рефракции
линз для дали и дополнительной — для работы.
Если Ааф 0, то при назначении линзы для работы надо
учесть,, имеется ли налицо объем аккомодации; линза для работы
должна только заменять недостаточную часть нужного Аа.
Однако ввиду невозможности длительно работать при полном на¬
пряжении аккомодации обычно, основываясь на данных физиоло¬
гии, при назначении коррекции для близи исходят из 2/3 наличного
объема аккомодации. Применение для целей коррекции для близи
линз, полностью освобождающих глаз от необходимости аккомо¬
дировать в случаях, когда Ааф 0, неправильно, так как ведет
к тяжелым расстройствам бинокулярного зрения.
Примеры. 1. Коррекция для дали -f- 1 дптр., Аа — — 6 дптр.,
рабочее расстояние 20 см.
2/3 Ла= — 4 дптр. Требуемое на 20 см напряжение аккомо¬
дации Ak — — 5 дптр.
Дополнительная линза к коррекции для дали, компенсирующая
недостачу аккомодации для расстояния 20 см, 1 дптр. Корриги¬
рующая линза для работы (на 20 см)-1-2 дптр.
2. Коррекция для дали — 12 дптр., Аа = — 4,5 дптр., рабочее
расстояние 25 см.
2/3 Аа = — 3 дптр.; Ak = — 4 дптр.
644
Дополнительная линза к коррекции для дали (на 25 см) + 1 дптр.
Корригирующая линза для работы (на 25 см) —11 дптр.
Если 2/3 Аа достаточны для работы на данном рабочем рас¬
стоянии, то работа производится в очках для дали.
При расчете пунктальных линз имеют..дело обычно с падаю¬
щими на линзу под разными углами наклона к оси параллельными
пучками. При пользовании этими линзами для работы на близких
расстояниях падающие, пучки лучей не будут параллельными: поя¬
вляется связанный с этим добавочный астигматизм наклонных пуч¬
ков. Величина его для от¬
дельных случаев приведена
в табл. 89.
Таблица 89.
Величина добавочного астиг¬
матизма для пунктальных
линз, рассчитанных для дали
и применяемых для близн
(33 см)
Лоо
дптр.
Астигматизм
на краю
дптр.
Рцс. 584.
Ввиду малой величины
этого добавочного астигма¬
тизма им пренебрегают и
пользуются при работе на
близких расстояниях пун¬
ктальными линзами, рассчи¬
танными для дали. Послед¬
нее невозможно в случае
катральных линз.
В тех случаях, когда приходится пользоваться разными очко-
вымет линзами для дали и для близи, целесообразным является
соединение в одной линзе двух частей — дл"я дали и для близи.
Такие линзы известны под названием бифокальных (Zweistärken¬
gläser) (рис. 584). Существует большое количество разных типов
бифокальных линз, отличающихся друг от друга как по способу
их производства (вклеивание или вплавление добавочной линзы
для близи или нашлифовывание двух разных поверхностей с одной
и той же стороны линзы), так и по величине и форме частей для
близи и дали.
645
К совершенной бифокальной лйнзе применяются следующие
три основные требования:
1) обе части для дали и для близи должны быть пунктальны;
2) граница между частями лчнзы для дали и близи должна
быть невидима;
3) при! переводе взгляда с части
для близи на часть для дали и об¬
ратно не должно быть скачка изо¬
бражения.
Полностью удовлетворить всем
этим требованиям в одной и той
же линзе обычно не удается.
Особые трудности представляет
соб^й изготовление бифокальных
линз для астигматического глаза.
До сего времени ецце весьма часто применяются так назы¬
ваемые франклиновские линзы. Они представляют собой встав¬
ленные в одну общую оправу две половинки огх^шнз для дали
Рис. 5S6.
Рис. 587.
ш для близи (рис. 585). Понятно, в этом случае невозможно
избежать видимой границы между обеими частями.
Для той же цели, как б фокальные линзы, часто применяются
так называемые навески (Vorhänger) (рис. 586 и 587)—добавоч¬
ные линзы для работы, легко надеваемые (благодаря особому
646
Рис. 585.
устройству оправы) на основные линзы для дали. Добавочные
«олулинзы рассчитаны так, что получающаяся в части для близи
система из основной линзы и добавочной свободна от астигматизма
наклонных пучков лучей.
§ 7. Изменения, вносимые очковой линзой в работу глаза и
восприятие предметов внешнего мира
Помимо астигматизма наклонных пучков лучей, могущего
в значительной степени искажать видимость и ограничивать по¬
лезную зону линзы, в случае некоторых форм линз, находящихся
перед глазом, очковая линза может в целом ряде отношений
пенять условия рабЬты корригированного аметропического глаза
по сравнению стеми же условиями в случае эмметропического
глаза.
1. Изменения угла поворота глаза и восприятия перспективы.
Глаз, смотрящий через положительную линзу на точки Ov 02 или
03, должен благодаря отклонению лучей линзой повернуться
на большие углы (соответственно w2' и w3'), нежели, если бы
линзы не было (рис. 588). Точка Z, являющаяся точкой пересе¬
чения продолжений лучей, идущих к линзе от точек Ov 02 или
03, называется мнимым центром вращения глаза (в отличие \т
^йствительного центра вращения, которым является точка Z').
Имея в виду распространение лучей слева направо, точку Z сле¬
дует рассматривать как мнимый объект, изображением которого
-является точка Z\ Положение точки Z легко может быть найдено
с помощью формулы Гулльстранда: В — Л-f-£>, если известны
рефракция линзы и расстояние от нее до Z'. Чем больше реф¬
ракция линзы, тем больше расстояние между точками Z и Z'
и разность между величинами углов w и
Таким образом гиперметропический глаз, смотря через корри¬
гирующую линзу на далекую точку, находящуюся в стороне от
оптической оси, или рассматривая некоторый размерный объект,
вынужден поворачиваться на бблыпие углы, нежели эмметропиче-
ский. Аналогичное рассуждение приводит к выводу, что углы
647
Рис. 588.
поворота миолического глаза, смотрящего через свою корриги¬
рующую линзу, будут меньше, нежели у эмметропа.
В связи с указанным явлением стоит вопрос об изменениях
в восприятии перспективы, или глубинности пространства, череа
очковую линзу.
Упомянутые выше изменения в углах поворота при обозревании
окружающих нас объектов через очковую линзу приводят к тому,
что гиперметроп, смотрящий через корригирующую линзу, недо¬
оценивает глубинности пространства, или перспективы, а миоп*
наоборот, ее переоценивает.
Исходя из этого, необходимо соблюдать осторожность в дер-
вое время пользования очками с сильными линзами и сначала
в привычной домашней обстановке учиться координировать при-
648
Рис. 589.
Рис. 590.
с
вычные мышечные усилия и напряжения с новым пространственным;
восприятием.
2. Изменение поля взгляда. Из рис. 589 и 590 должно быть-
ясно, что величина поля взгляда (величина этого поля характери¬
зуется величиной отрезка KL — диаметра круга) для корригиро¬
ванного миопа (рис. 589) будет больше, нежели для корриги¬
рованного гиперметропа (рис. 590) при одинаковых размерах
линз.
При сильных линзах поля взгляда через положительную и отри¬
цательную линзу разнятся между собой на очень значительную
величину. Табл. 90 иллюстрирует это явление.
Таблица 90
Поле взгляда через очковую линзу (для экрана на расстоянии 5 м
от линзы и х' = 25 мм)
дптр.
Диамето поля
взгляда 2 d для
2/z = 38 мм
дптр.
Диаметр поля
взгляда 2 d для
2h — 38 мм
Диаметр поля
взгляда 2 d для
2h = 29 мм
Ь 2
7,25
— 2
8,03
6,13
- 4
6,87
— 4
8,41
6,42
- 6
6,49
— 6
8,79
6,71
- 8
6,11
— 8
9,17
7,00
-10
5,73
-10
9,55
7,29
-12
5,34
—12
9,93
7,58
-14
4,96
—14
10,31
7,87
-16
4,58
—16
10,69
8,17
-18
4,20
—18
11,07
8,46
-20
3,82
—20
11,45
8,75
Вопрос о размерах поля взгляда надо иметь в виду при
выборе оправы для линз. Отрицательные линзы могут быть меньшего
диаметра. Часто в целях облегчения и уменьшения толщины краев,
у сильных отрицательных пунктальных линз, имеющих форму,
близкую к Plan-форме, стачивается край. Подобные линзы известны
под названием лентикулярных линз (рис. 591).
Последний столбец табл. 90 дает диаметр поля взгляда для
лентикулярной линзы с диаметром действующей части в 29 мм.
Как видно из таблицы, размеры поля взгляда даже в этом случае
еще достаточно велики и больше, нежели для положительных
линз той же рефракции.
3. Изменение аккомодационного напряжения. Аметроп, смот¬
рящий через корригирующую линзу^для дали на объекты, распо¬
ложенные на близком расстоянии (страница книги, рабочая деталь
и пр.), затрачивает при этом иное напряжение аккомодации,
нежели эмметроп для того же расстояния.
649
Это напряжение аккомодации Аа может быть без труда най¬
дено из формулы:
построенной аналогично формуле для объема аккомодации:
В формуле (5): Аа —
требуемое напряжение акко¬
модации; Н20 — отрезок от
передней главной точки гла¬
за Н2 до точки О [изобра¬
жения О, даваемого корри¬
гирующей линзой при ходе
лучей справа налево (рис.
592)]; H2R —отрезок от
передней главной точки
глаза Н2 до точки R (изо¬
бражения R, даваемого кор¬
ригирующей линзой при хо¬
де лучей справа налево).
Если рассматриваемая
точка О является одновре¬
менно ближней точкой глаза,
то формула (5) дает в этом
случае величину объема ак¬
комодации Аа через очковую линзу. Эта же величина Аа может
быть найдена из формулы:
Рис. 592.
Прдсчет по этим формулам показывает, что гиперметроя,
смотрящий на близкий предмет через корригирующую линзу ддя
£50
дали, должен затрачивать большее напряжение аккомодации, нежели
эмметроп. Для миопического глаза имеет место обратное положение:
ему приходится аккомодировать меньше, нежели эмметропу.
Сказанное имеет большое значение для назначения коррекции
для близи и объясняет, почему гиперметроп раньше нуждается
ъ специальной коррекции для близи, нежели эмметроп и миоп.
Особенно важно учесть это явление для коррекции астигмати¬
ческого глаза: астигматический глаз, правильно корригированный
для дали, в связи с изменением аккомодационного напряжения
очковой линзы оказывается астигматичным при пользовании той
же линзой для работы на близких расстояниях и должен быть
в этом случае корригирован особой линзой (явлекйе Эргеллета).
Вопрос об изменении напряжения аккомодации при взгляде
через очковую линзу является частным Случаем более общег#
вопроса об изменении аккомодационного напряжения оптическим
^прибором вообще (см. гл. III).
4. Дисторсия в очковой линзе. В таком оптическом приборе
^каким является очковая линза, при наличии одной линзы, при
этом возможно тонкой, ограниченной сферическими поверхностями,
конечно невозможно уничтожить явление дисторсии (см. гл. III).
Дисторсия — подушкообразная при положительных линзах и бочко¬
образная для рассеивающих линз — приводит к искажению в форме
объектов, видимых через края линзы, и к кажущимся колебаниям
объектов при поворотах головы при переводах взгляда с одного
объекта на другой. Последнее ведет к головокружениям и бывает
особенно тягостно в случаях пользования линзами большой ре¬
фракции.
Дисторсия особенно велика в Bi-линзах и значительно меньше
в пунктальных линзах (особенно в линзах формы Волластона)
(табл. 91).
5. Хроматизм в очковых линзах (рис. 593). Согласно ска¬
занному в гл. III, глаз мало чувствителен к хроматизму положения
в очковой линзе, зато хроматизм увеличения может быть весьма
заметен для него. В случае положительной линзы черный объект
на черном поле, рассматриваемый через краевые части линзы,
имеет окраску у краев синего цвета на стороне, обращенной
к оптической оси, и красного цвета на противоположной стороне
•объекта. В случае отрицательной линзы мы имеем обратное соот¬
ношение цветов.
651
Рис. 593.
Таблица 91
Дисторсия для разных типов очковых линз
4»'
ДПТр.
Bi-лин-
зы
Plan-
линзы
Пери¬
скопиче¬
ские
линзы
Мениски
Пункталь-
ные линзы
формы
Оствальда
Пункталь-
ные линзы
формы
Волластона
+ 2
+ 5,4
+ 4,9
+ 4,4
+ 2,9
+ 2,7
+ 1,5
+ 4
+ 11,0
+ 8,9
+ 7,9
+ 5,1
+ 4,6
+ 2,7
+ 6
+ 17,0
+ 12,2
+ 10,8
+ 6,9
+ 5,9
+ 4,2
+ 8
+ 23,9
+ 15,1
+ 13,2
+ 8,5
+ 6,2
+ 6,2
— 2
- 3,0
— 3,2
~ 2,8
— 1,7
— 1,5
— 0,5
— 4
- 7,1
— 6,2
— 5,5
— 3,4
— 3,6
- 1,5
— 6
— 12,3
- 9,1
— 8,0
— 5,2
- 5,7
- 2,5
— 8
- 17,9
— 11,8
— 10,5
— 6,9
— 7,9
— 3,6
— 10
— 24,8
-14,6
— 13,0
— 8,6
— 10,4
— 4,9
— 12
— 33,8
— 17,5
— 15,6
— 10,5
— 12,8
- 6,4
— 14
— 46,5
— 20,6
— 18,3
— 12,4
— 15,6
- 8,1
— 16
— 67,2
— 23,9
— 21,2
— 14,6
—-18,3
— 10,2
— 18
— 110,3
-27,5
— 24,5
— 16,9
— 21,1
— 12,5
— 20
— 31,6
— 28,1
— 19,6
— 31,5
— 15,5
Таблица 92
Призменные диоптрии (А), центрады (цтрд.) и углы отклонения (о)
в градусной мере
А
цтрд.
0
цтрд.
А
&
о
А
цтрд.
1
1,000
0°34/20//
1
1,000
0°34'20"
1°
1,745
1,745
2
2,000
1°08'50"
2
2,000
1°08'50"
2°
3,492
3,491
3
3,000.
1°43'10*
3
3,000
1°43'10/'
3°
5,241
5,236
4
4,000
2°17'20"
4
4,000
2°17'30//
4°
6,993
6,981
5
4,999
2°51'50"
5
5,002
2°51'50"
5°
8,749
8,727
6
5,992
З^б'ОО"
6
6,009
3°26'20"
6°
10,510
10,472
7
6,991
4°00'20//
7
7,012
4W40"
7°
12,278
12,217
8
7,985
4°34'30//
8
8,016
4°35'00"
8°
14,054
13,963
9
8,974
5°08'30"
9
9,022
5°09'2 0"
9°
15,838
15,708
10
9,968
5°42'40"
10
10,035
5°43'50"
10°
17,633
17,453
11
10,957
6°16'40"
11
11,045
6°18'10"
11°
19,438
19,199
12
11,941
6°50'30"
12
12,057
6°52'30"
12°
21,256
20,944
13
12,9^5
7°24'20"
13
13,071
7°26'50"
13°
23,087
22,689
14
13,909
7°58'10"
14
14,093
8°01'20"
14°
24,933
24,435
15
14,889
8°31'50"
15
15,113
8°35'40"
15°
26,795
26,180
16
15,868
9°05'20"
16
16,137
9°10'00"
16°
28,675
27,925
17
16,838
9°Я8'50"
17
17,163
9°44'20"
17°
30,573
29,671
18
17,807
10°12'10"
18
18,197
10о18'50"
18°
32,492
31,416
19
18,777
10°45'30"
19
19,232
10°53'10"
19°
34,433
33,161
20
19,744
11°18'40"
20
20,269
11°27'30"
20°
36,397
34,907
652
Для устранения этого явления, иногда очень раздражающего
и неприятного для лица, пользующегося очковыми линзами, были
предложены специальные ахроматические очковые линзы, соста¬
вленные из двух склеенных между собой или соединенных в одной
общей оправе линз.
6. Рефлексы в очковых линзах. Из рис. 594 нетрудно уви¬
деть, что при определенном положении источников света относи-
Рис. 594.
тельно очковой линзы возможно попадание отраженных от линзы
лучей в глаз. Согласно работам Вейса только рефлексы первого и
второго порядков (одно- и двукратное отражения) могут мешать
зрению. Рационализация размещения светильников по отношению
к рабочему месту и применение изогнутых линз (пунктальных) —
пути для уменьшения этого, иногда весьма докучливого обстоя¬
тельства.
§ 8. Контактные очковые линзы
Перечисленные в предыдущем параграфе изменения в работе
глаза, имеющие место при пользовании обычного вида очковой
Рис. 595.
линзой, в большинстве своем являются оптическими неизбежно¬
стями. Наличие их объясняется тем, что "неподвижная очкойая
линза работает в соединении с подвижным, глазом, а также и тем,
что линза отделена от глаза некоторым расстоянием. Впервые
примененные Фиком (1887 г.) и значительно усовершенствованные
Хейне (1929 г.) контактные очковые линзы (Haftgläser) (рис. 595),
653
надевающиеся непосредственно под веко на глаз и участвующие
в движении глаза, лишены в значительной мере всех перечислен¬
ных выше недостатков, являясь оптически наиболее совершенным
средством коррекции глаза. То обстоятельство, что линзы эт»
совершенно невидимы для постороннего глаза, имеет также исклю¬
чительно большое значение. Применяются они при всех видах
аметропии, но особенно необходимы в случаях неправильного
астигматизма и кератоконуса (конусообразная роговица).
§ 9* Бинокулярное зрение через очковые линзы
При рассмотрении вопроса о бинокулярном зрении через
очковые линзы приходится иметь в виду прежде всего, что углы
поворота обоих глаз (рис. 596), необходимые для рассмотрения
точки или объекта, лежащего вне оптической оси, будут неоди¬
наковы для эмметропа или корригированного аметропа. Согласно
сказанному в § 7 гиперметропу придется поворачивать глаза на
ббльшие углы, нежели миопу. В случае рассматривания близких
объектов (рис. 597) углы конвергенции для гиперметропа и миопа
664
Рис. 596.
Рис. 597.
неодинаковы: угол конвергенции при положительных линзах,
больше, при отрицательных — меньше.
Если аметропия на обоих глазах одного и того же лиц»
неодинакова (анизометропия), а следовательно неодинакова
и рефракция корригирующих эти глаза линз, то при рассматри¬
вании точки вне оптической оси требуются разные повороты глаз¬
ного яблока. В результате легко наступает двоение, и полная кор¬
рекция анизометропии делается невозможной.
Для коррекции анизометропии в тех случаях, когда назна¬
чение коррекции обычными линзами невозможно (при разности
рефракции линз для правого и левого глаз свыше 5,5 дптр.), пред¬
ложены специальные анизометропические очки. Эти очки пред¬
ставляют собой оптический прибор, т. е. состоят не из одной,
а из нескольких (трех) линз.
§ 10. Призмы, призматическое действие децентрированных,
очковых линз, значение правильной юстировки очковых лин^
Призмы, вставляемые в очковые оправы, применяются в очковом
деле для коррекции косоглазия (см. гл. III). Из рис. 598 нетрудно*
увидеть, что, даже при неправильной установке глаз, помощью
призм возможно получение изображений в обоих глазах на fovea
centralis, а следовательно отсутствие двоения.
Призматической действие призм в очковом деле характеризуют
или величиной угла отклонения, выражаемого в градусах, или»
величиной того же угла, выражаемого в сотых долях радиана —
центрадах (сокращенно цтрд.), или же, наконец, в призменных
диоптриях (прдптр. или А).
Призматическое действие в 1 прдптр. имеет призма, откло¬
няющая луч для экрана на расстоянии 1 м от призмы на 1 см
(рис. 599). Табл. 92 дает возможность перевода призменных
диоптрий в центрады или углы отклонения в градусах.
Призматическое действие может быть получено также помощью
смещения оптического центра очковой линзы — децентрации.
Рис. 598.
65fr'
Способ децентрации применяется тогда, когда одновременно с кор¬
рекцией астенопии необходима и коррекция аметропии.
Если линза децентрирована на 1 см, то даваемое ею призма¬
тическое действие равно стольким призменным диоптриям, скольким
диоптриям равна рефракция линзы.
Если Л — децентрация линзы в сантиметрах, D — рефракция
линзы, х — призматическое действие в градусах угла отклонения
или в йризменных диоптриях, или, наконец, в центрадах, то:
Специального рассмотрения требует вопрос о величине и напра¬
влении децентрации в тех случаях, когда призматическое действие
необходимо иметь не только в горизонтальном или вертикальном
направлениях, а также вопрос о получении нужного призматиче¬
ского действия децентрированием астигматической линзы. При
изготовлении очков и их подгонке к лицу возможна непреднаме¬
ренная децентрация, вызывающая искусственное косоглазие и утом¬
ление при работе.
Согласно данным физиологии допустимое призматическое дей¬
ствие очцовой линзы, безболезненно преодолеваемое мышечным
аппаратом глаза, — 0,5 А на каждый глаз.
Соответствующие этому допуски на смещение очковой линзы
относительно центра зрачка глаза легко получаются из формулы
(8). Эти допуски приводятся в табл. 93.
Таблица 93
Допуски на децентрацию очковых линз
656
Рис. 599.
Из табл. 93 можно усмотреть, что линзы больших рефракций
должны быть весьма точно юстированы относительно глаза. Для
этого необходимы измерение расстояния от переносья отдельно до
центров зрачков каждого из двух глаз и тщательное изготовление
и подгонка очков. Изготовление очков может быть поручено только
квалифицированному, специально подготовленному лицу,
§ 11. Защитные очковые линзы
Существует большое многообразие специальных очковых линз
для защиты глаза от различного рода отдельных вредных излу¬
чений, от излишне яркого света и наконец от ветра и летающих
осколков и иного вида механических частиц.
Очковые линзы, предназначенные для защиты глаза от тех или
иных излучений, с которыми^ приходится иметь дело рабочему,
характеризуются кривыми пропускания. Для выбора таких линз
существенно знать не только кривую пропускания для различных
спектральных излучений, но и кривую излучения тех источников
лучистой энергии, от которых приходится защищаться. Обычно
подобные линзы имеют* своей задачей задерживать вредные ультра¬
фиолетовые и инфракрасные излучения. Одним из весьма суще¬
ственных вопросов, с которым приходится иметь дело при создании
этих линз, является соблюдение условия равного поглощения или
равной пропускаемое^ по всей площади линзы. Если, как это
обычно бывает, защитная линза должна не только защищать глаз
от вредных излучений, но и одновременно корригировать его
аметропию, то не представляется возможным в этом случае исполь¬
зовать при изготовлении ее стекло с равномерно распределенным
по всему объему красящим веществом, являющимся поглотителем
вредных лучей. Приходится наносить краситель равномерным слоем
равной толщины по всей, поверхности линзы. Такие линзы выпу¬
щены фирмой Цейсс специально для тепловых излучений (.линзы
по Фохту).
Для защиты глаза от излишнего света (солнечный свет и др.)
созданы специальные линзы с пропускной способностью 25%,
80°/о и 75°/0. В таких линзах необходимо иметь достаточно равно¬
мерное поглощение по всему спектру (умбральные линзы Цейсса,
Umbralgläser). Специально для автомобилистов созданы линзы
с бесцветной нижней частью и постепенно —увеличивающейся
окраской в остальной части. Представляется несомненным о'днако,
что вопрос о создании рациональных защитных линз для разных
видов пройзвбдств не может считаться до настоящего момента раз¬
решенным.
Существует огромное количество специального вида линз
и готовых очков для защиты от ветра (летчики, машинисты на
железных дорогах, автомобилисты и пр.) и от летящих механи¬
ческих частиц (металлическая стружка, осколки стекла и т. п.),
на описании которых мы останавливаться не будем.
42 Зак. 373Q. Спраэочн. кн. оптико-мехажжка. 057
§12. Корригирующие средства для амблиопического глаза
При наличии амблиопиа задачей корригирующих глаз средств
является не только корригировать аметропию (если она есть), но
и создать на сетчатке глаза большее по сравнению с получаемым
помощью обычных очковых линз изображение и тем самым
в соответствующее уве¬
личению число раз повы¬
сить остроту зрения.
Такими корригирую¬
щими средствами явля¬
ются телескопические
очки и телескопические
лупы, относящиеся, как
состоящие не из одной, а из нескольких линз, к группе очковых
приборов.
Телескопические очки для эмметропического глаза предста¬
вляют собой телескопическую систему типа галилеевского бинокля,*
состоящую из двух линз— собирательной и рассеивающей (рис. 600)*
Последняя обычно делается склеенной из двух линз.
В случае аметропического глаза применяются подобного тина
системы с определенной задней вершинной рефракцией (рис. 601 —
для гиперметропического глаза, рис. 602 — для миопического
глаза).
Увеличение телескопических очков равно 1,8х. Для различе¬
ния близких объектов на основную систему надеваются дополни-
658
Рис. 600.
Рис. 601.
Рис. 602.
тельные линзы с фокусным расстоянием, соответствующим рабо¬
чему расстоянию. Рефракция этих добавочных линз обычно бывает
следующих значений: -}-3, —J— 4, -f-5, -f-®» 4-8, -f-10 и
—}— 12 дптр. Соответственно изменяется увеличение^системы для
Рис. 603.
близи, достигая при добавочной линзе-{-12 дптр. значения 5,4х.
При увеличении системы в 5,4х амблиоп с остротой зрения в 0,08
Рис. 604.
в обычных очках приобретает в телескопических очках для близи,
при рабочем расстоянии в 8 см, остроту зрения в 0,45, свободно
позволяющую писать и читать.
Телескопические очки исправлены не только на астигматизм
косых пучков лучей, но и на дисторсию, а. в значительной сте-
42* 659
пени и на хроматизм. Исправление на аберрации ведется для
диафрагмы, мыслимой в центре вращения глаза на расстоянии
25 мм от задней вершины последней линзы.
Телескопические очки изготовляются для всех значений от
— 40 до -(-15 дптр., а также и для астигматического глаза.
Внешний вид этих очков и применение их показаны на рис. 603
и 604.
Телескопические лупы (рис. 605 — монокулярная, рис. 606 —
бинокулярная) представляют собой специальный призматический
бинокль с особыми добавочными линзами, обеспечивающими воз¬
можность различения объектов на близких расстояниях. Основная
система очков имеет увеличение 3х и 6х и помощью добавочных
линз для близи может быть доведена до 28,5х (рабочее расстоя¬
ние 5 см). Соответственно этому увеличению амблиопический глаз
с остротой зрения в обычных очках в 0,017 может помощью
телескопических луп приобрести остроту зрения в 0,48.
Телескопические очки укрепляются на голове посредством
специального приспособления или применяются укрепленными на
специальных штативах.
В табл. 94 приведены данные для применения телескопических
очков и луп.
660
Рис. 605.
Рис. 606.
Таблица 94
Действие телескопических очков и телескопических луп
Острота зре¬
ния в обычных
очках для
дали
Рефракция
добавочной
линзы
со стороны
объекта
дптр.
Увеличение
добавочной
линзы
Получае¬
мая
острота
зрения
Рабочее
расстоя¬
ние
см
Ди а метр
поля
мм
Телескопические очки 1,8х
Vs =0,33
+ з
1,35
0,45
33
90
»/« =0,25
+ 4
1,8
0,6
25
67
V» =°.2
+ ^
2,25
0,56
20
54
1/6 =0,17
+ 6
2,7
0,54
16
45
i/7 =0,14
+ 7
3,15
0,53
14
39
Vs = 0,13
+ 8
3,6
0,5
12
34
v9 =«Д1
+ 9
4,05
0,53
11
30
V io = 0,1
+ 10
4,5
0,5
10
27
+ 10
4,5
0,45
10
. 27
Vn = 0,09
+ 12
5,4
0,54
8
22
V12 = 0,08
+ 12
5,4
0,49
8
22
+ 12
5,4
0,45
8
22
Телескопические лупы с
;х
Vb =0,2
+ з
2,25
0,45
32
76
Vb =0,17
+ 4
3
0,5
24
57
V? =0,14
+ 5
3,75
0,5
19
46
Ve =0,13
+ 6
4,5
0,56
15
38
V» = 0.11
+ 6
4,5
0,5
15
38
Vio = 0,1
+ 7
5,25
0,53
13,5
33
Vn = 0,09
+ 7
5,25
0,48
13,5
33
Vi2 = 0,08
+ 8
6
0,5
12
29
Vis = 0,07
+ 10
7,5
0,5
10
23
V20 = 0,05
+ 12
9
0,45
8
20
Телескопические лупы 6х
Vio = 0,l
+ з
4,5
0,45
32
40
i/i2 = 0,08
+ 4
6
0,5
24
30
Vis = 0.07
+ 5
7,5
0,5
19
24
Vis = 0,06
+ 6
9
0,5
15
20
1/20 = 0,05
+ 7
10,5
0,53
13,5
17
V26 ^ 0,04
+ 8
12
0,48
12
15
l/ao =■ 0,03
- 10
15
0,5
10
12
1/35 = 0,029
-12
18
0,52
8
11
i/4o = 0,028
- 14
21
0,53
7
9
V50 ^ 0,02
-16
24
0,48
6
8
% = 0,017
-19
28,5
0,48
5
7
661
§ 13. Прочие очковые приборы
Существует ряд других очковых приборов, имеющих целью
повысить эффективность глаза при работе с мелкими деталями.
Такие приборы позволяют свести к минимуму конвергенционные
и аккомодационные напряжения, неизбежные при рассматривании
мелких деталей невооруженным глазом и являющиеся основной
причиной зрительного утомления (см. гл. III). Одновременно они
повышают и стереоскопический эффект.
Рис. 607.
Пример подобного прибора показан на рис. 607. Это бино¬
кулярная призматическая лупа, предназначенная для работ
с мелкими деталями и применяемая в ряде производств: часовом,
электроламповом, текстильном, производстве электроизмерительных
приборов и т. д. Она состоит из призм и специально подбираемых
для определенного рабочего расстояния линз. Эта лупа обладает
сравнительно большим полем.
Б. ОПТИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ГЛАЗА И.НАЗНА"
ЧЕНИЯ ОЧКОВЫХ ЛИНЗ И ПРИБОРОВ
Обширные исследования по изучению работы глаза, произве¬
денные в начале текущего столетия, имели своим результатом
коренные изменения в методике исследования глаза и появление
большого числа новых офталмологических и иных приборов, зна¬
чительно более совершенных и точных, нежели существовавшие
ранее.
Номенклатура таких приборов, без наличия которых немыслимо
всестороннее исследование глаза и применение современных средств
коррекции, чрезвычайно обширна. Мы ограничиваемся приведе¬
нием перечня основных, наиболее необходимых приборов этого
назначения и даем описание нескольких, особенно характерных
из них.
662
§ 14. Перечень основных офталмологических оптических при¬
боров, применяемых при исследовании и коррекции глаза
№ по пор.
Наименование
прибора
Назначение
Примечания
I.
х а
1
2
3
4
5
Триборы для
рактеризующ
Глазной реф¬
рактометр
Офталмометр
Астигмометр
Форометр
Прибор для оп¬
ределения остро¬
ты зрения
определения ос
их работу и состой
аппарата глаъа
Определение объек¬
тивным путем аметро¬
пии, астигматизма и
объема аккомодации
глаза, нахождение на¬
правления меридцанов
наибольшей и наимень¬
шей аметропии
Измерение радиуса
кривизны передней по¬
верхности роговицы,
величины астигматизма
этой поверхности и на¬
правления главных ме¬
ридианов
Быстрое определение
наличия астигматизма
глаза и направления
главных меридианов
Определение степени
нарушения правильной
работы наружных глаз¬
ных мышц и проверка
правильности положе¬
ния очковой линзы
перед глазом
Определение остроты
зрения в условиях по¬
стоянства факторов,
влияющих на ее вели¬
чину
новйых величин,
1ние оптического
Имеется ряд рефрак¬
тометров, различным
образом устроенных.
Наилучшие из них—
призматический ре¬
фрактометр системы
проф. Кюль, изготовляе¬
мый фирмой Роден-
шток (Германия), па-
раллаксный рефракто¬
метр фирмы Цейсс (Г ер-
мания) и рефрактометр
Торнера, изготовляе¬
мый фирмой Буш (Гер¬
мания)
Офталмометры неред¬
ко называются еще ке-
ратометрами. С появле¬
нием рефрактометров
значение офталмомет-
ров для целей назначе¬
ния коррекции сильно
уменьшилось
Прибор пригоден
лишь для установле¬
ния наличия астигма¬
тизма глаза, не обес¬
печивая возможности
измерить его величину
Прибор должен заме¬
нить обычное опре¬
деление остроты зре¬
ния., помощью таблиц,
произвольно освещае¬
мых и содержащих раз¬
личной формы знаки,
буквы или цифры
@63
Продолжение
№ по пор.
Наименование
прибора
Назначение
Примечания
6
Прибор для оп¬
ределения поло¬
жения ближней
точки глаза
Определение поло¬
жения ближайшей точ¬
ки глаза
Часто практикуемое
определение положения
ближней точки глаза
путем приближения к
глазу обычного книж¬
ного шрифта, без уче¬
та освещенности, не
дает достаточно точ¬
ных результатов
7
Прибор для
"определения объ¬
ема аккомодации
Определение объек¬
тивным путем объема
аккомодации глаза
8
Прибор для ис¬
следования бино¬
кулярного зрения
Проверка согласован¬
ности работы наруж¬
ных глазных мышц в
условиях зрения вдаль
и на близких расстоя¬
ниях
Правильная работа
наружных глазных мышц
имеет огромное значе¬
ние для длительной и
ответственной зритель¬
ной работы и в осо¬
бенности работы на
бинокулярных оптиче¬
ских приборах
9
Прибор для оп¬
ределения остро¬
ты стереоскопи¬
ческого зрения
Измерение величины
остроты стереоскопи¬
ческого зрения в усло¬
виях постоянства фак¬
торов, влияющих на
остроту стереовосприя¬
тия
Определение остроты
стереоскопического
зрения имеет не мень¬
шее значение для суж¬
дения об эффективно¬
сти работы глаза, неже¬
ли определение плоско¬
стной остроты зрения.
Измерение обеих вели¬
чин должно итти одно¬
временно
10
Измеритель рас¬
стояния от пере¬
носья до центров
зрачков
Определение расстоя¬
ния от средины пере¬
носья до центров каж¬
дого из зрачков глаза
в отдельности
11
Призма Лан-
дольта-Гершеля
Измерение степени
нарушений бинокуляр¬
ного зрения и испыта¬
ние конвергенционной
способности глаза
664
Продолжение
№ по пор. I
Наименование
прибора
Назначение
Примечания
12
Фотокератоскоп
Определение фото¬
графическим путем ро¬
говичного астигматизма
и неправильностей в
форме роговицы
13
Эксофталмо-
метр
Количественная ха¬
рактеристика положе¬
ний глазных яблок при
эксофталмосе
14
Скиаскопы
Определение харак¬
тера аметропии глаза
объективным методом
Существует большое
число различных типов
скиаскопов—приборов,
достоинства которых—
в их простоте и не¬
больших размерах. По¬
лучаемые помощью их
результаты имеют од¬
нако приближенный
ориентировочный ха¬
рактер
11.
Приборы для »исследования работы и состояния
свето- и цветочувствительного аппарата глаза
15
Периметр
Определение границ
поля зрения для раз¬
дражающих стимулов
разных цветов и интен¬
сивностей
■I
Существует большое
количество периметров
разных типов. После
исключительных позна»
чению работ американ¬
цев Ферри и Рэнд в-
области периметрии
особое значение имеют
приборы, построенные
на основании предло¬
женных ими принципов
устройства периметров
16
Адаптометр
Определение хода
световой и цветовой
адаптации глаза
Большинство адапто¬
метров устроено так,
что раздражающий сти¬
мул представляет со¬
бой не светящуюся точ¬
ку, а поверхность
17
Аномалоскоп
Определение анома¬
лий в восприятии цве¬
тов глазом
665
Продолжение
Ns по пор.
Наименование
прибора
Назначение
Примечания
18
Прибор для оп¬
ределения поро¬
гов раздражения
глаза
Определение вели¬
чины порогов раздра¬
жения глаза для сти¬
мулов разных цветов
в условиях различной
предварительной адап-
та1Ъш; определение ско¬
рости исчезновения по¬
следовательных образов
и т. д.
19
Пупиллоскоп
Изучение характера
и скорости реакции
зрачка глаза на свето¬
вые раздражения
20
Прибор для оп¬
ределения быстро¬
ты различения
Определение быстро¬
ты различения глаза
для различных объек¬
тов и разных условий
освещения
21
Прибор для из¬
мерения устойчи¬
вости ясного ви¬
дения
Измерение устойчи¬
вости ясного видения
в условиях постоянства
освещения
22
Офталмоскоп
Наблюдение глазного
дна
В применении нахо¬
дится огромное число
разных типов офтал-
москопов: карманные
или так называемые
глазные зеркала Гельм¬
гольца, электрические,
безрефлексные, большие
безрефлексные офтал-
москопы для наблюде¬
ния при больших уве¬
личениях и бинокуляр¬
ные
23
Камера для фо¬
тографирования
глазного дна
Получение фотогра¬
фических снимков глаз¬
ного дна в безрефлекс-
ном виде
Имеются камеры как
для обычных снимков,
так и для стереоскопи¬
ческого фотографирова¬
ния
24
Стереоскопиче¬
ская камера по
Дрюнеру
Получение стереоско¬
пических снимков раз¬
личных отделов перед¬
ней камеры глаза
666
Продолжение
№ по пор.
Наименование
прибора
Назначение
Примечания
25
Роговичный
(корнеальный)
микроскоп
Исследование рого¬
вицы и передней ка¬
меры глаза в большом
увеличении
Осветителем в этом
и следующем приборе
служит так называемая
щелевая лампа (см.
№ 28)
26
Глазной микро¬
скоп по Кёппе
Исследование всех
частей глаза в большом
увеличении
27
Кампиметр
Определение разме¬
ров и границ скотом
на сетчатке, а также
границ поля зрения
III.
Приборы- для
освещения, просвечивания и об¬
лучения глаза
28
Щелеваа лампа
1
1
1
Универсальный осве¬
титель для врачебного
исследования глаза;
применяется самостоя¬
тельно и в соединении
с роговичным и глаз¬
ным микроскопами
В 1934 г. появился
новый тип щелевой
лампы (Комберга), зна¬
чительно более простой
и удобный. Щелевая
лампа—один из основ¬
ных приборов в прак¬
тике врача - офталмо-
лога
29
Осветитель для
склеры (по Ланге,
Гессу и др.)
Освещение и просве¬
чивание глазногояблока
в диагностических це¬
лях
Существует большое
разнообразие типов
осветителей
30
Приборы для
облучения глаза
(по Бирх-Гирш-
фельду и др.)
Освещение глазного
яблока в терапевтиче¬
ских целях
31
Приборы для
исследования гла¬
за в бескрасном
свете
i
1
Специальное офтал-
мологическое исследо¬
вание глаза в бескрас¬
ном свете
667
Продолжение
jsfe по пор.
Наименование
прибора
Назначение
Примечания
IV. Приборы для демонстрационных и учебных
целей
32
Полиофталмос-
коп
Одновременное на¬
блюдение глазного дна
рядом наблюдателей
Прибор обеспечивает
возможность одновре¬
менного наблюдения
глазного дна 9 наблю¬
дателями
33
Специальная
учебная оптиче¬
ская скамья
Демонстрирование
принципов оптического
устройства глаза, меха¬
низма его коррекции
очковыми линзами и
основных свойств раз¬
ных типов очковых
линз
34
Глазной фан¬
том
Демонстрация про¬
цессов получения изо¬
бражений на глазном
дне нормального и па¬
тологического глаза и
упражнения в приме¬
нении офталмоскопов,
скиаскопов, рефракто¬
метров и других при¬
боров
V. Приборы, применяемые при назначении оптиче¬
ской коррекции глаза и для исследования очко¬
вых линз и готовых очков
35
Пробный на¬
бор очковых линз
Подбор коррекции
аметропии субъектив¬
ным методом и про¬
верка результатов, по¬
лученных посредством
глазного рефракто¬
метра
Существует огромное
количество наборов
разных линз (пункталь¬
ных, менисков, Plan-
формы, Bi-формы) раз¬
ного состава, качества
и т. д.
36
Пробный набор
телескопических
очков
Подбор телескопиче-
скик очков
668
Продолжение
Ш по пор.
|
! Наименование
прибора
Назначение
Примечания
37
Дисковый на¬
бор очковых линз
Быстрый подбор кор¬
рекции аметропии субъ¬
ективном методом
Прибор вносит значи¬
тельные улучшения в
субъективный метод
подбора коррекции как
в смысле точности ре¬
зультатов, так и в отно¬
шении быстроты
38
Пробный набор
контактных линз
Подбор контактных
линз
39
Дноптриметр
Определение задней
вершинной рефракции
очковых линз, астигма¬
тизма их, направлений
главных сечений, поло¬
жения оптического
центра, призматического
действия и т. д.
Существует ряд ти¬
пов диоптриметров от
весьма сложных прибо¬
ров до упрощенных
40
Прибор для ис¬
следования натя¬
жений в очковых
линзах
Установление нали¬
чия натяжений в очко¬
вых линзах и готовых
очках
41
Прйбор для ис¬
следования очко¬
вых линз на пу¬
зыри, свили и
качество поверх¬
ности
Браковка очковых
линз на пузыри, свили,
царапины, дефекты по¬
лировки и т. д.
42
Прибор для
центрировки оч¬
ковых линз
Определение положе¬
ния оптического центра
и направлений главных
меридианов в очковых
линзах
43
Прибор для
установки очко¬
вых линз соот¬
ветственно углу
конвергенции
Установление пра¬
вильного положения
очковых линз в очках
для близи
44
Прибор для из¬
мерения угла пе¬
реносья
Определение формы
переносья в целях точ¬
ной подгонки очков
66#
Продолжение
№ но пор.
Наименование
прибора
Назначение
Примечания
45
Кератометр
Определение расстоя¬
ния от задней вершины
корригирующей линзы
до передней вершины
роговицы глаза
46
Специальная из¬
мерительная ли¬
нейка
Измерение основных
величин, служащих ха¬
рактеристикой для оч¬
ковой оправы
-
47
Специальная
счетная линейка
Пересчет величины
задней вершинной ре¬
фракции очковых линз
для разных Т
48
Пробная оправа
по Бьерке
Подбор корригирую¬
щих линз и проверка
результатов измерения
аметропии помощью
глазного рефрактометра
Является неотъемле¬
мой принадлежностью
каждого пробного на¬
бора очковых линз
Рис. 608.
§ 15. Глазной рефрактометр
Существует ряд типов таких
приборов, появление которых
ввело значительное упрощение
и уточнение в определение аме¬
тропии глаза. Наилучшими из них
следует признать параллаксный
рефрактометр фирмы Цейсс, реф¬
рактометр Торнера, изготовляемый
фирмой Буш (Германия), и приз¬
матический рефрактометр, скон¬
струированный проф. Кюлем и
изготовляемый фирмой Роденшток
(Германия).
Последний прибор, наиболее
простой и удобный в обращении,
представляет собой дальнейшую
разработку принципа, предло¬
женного уже давно Шмидтом-Римплером и осуществленного
например в рефрактометрах фирмы Астрон (Иена, Германия).
Устройство рефрактометра Кюля ясно из рис. 608, где L — эле¬
ктрическая лампочка типа карманного фонаря; К—конденсорная
линза; Р— марка, осветителем для которой и служит лампочка L
с конденсором К\ Рг — призма, меняющая ход лучей на обратный;
О — основная линза прибора; Sp — посеребренное снаружи метал¬
лическое зеркало, наклоненное под углом 45° к оптической оси
линзы О. Линзы Lx и Ь2 совместно с диафрагмой В1 образуют
зрительную трубу, служащую для рассматривания глазом наблю¬
дателя (ВА) изображения марки Р, даваемого линзой О на сет-
Рнс. 60§. Рис. 610.
чатке глаза испытуемого (РА). Передвижение линзы Lt позволяет
применять прибор для глаза как миопического (рис. 609), так
и гиперметропического (рис.^608). Призма Рг может перемещаться,
в результате чего изменяется и характер пучка лучей, идущих
в глаз испытуемого. Передвигая призму Рг, возможно при любой
аметропии глаза получить на дне его резкое изображение марки Р.
Положение призмы, соответствующее этому резкому изображению,
определяется наблюдателем, смотрящим через зрительную трубу
Lx Л2. Передвижение призмы Рг механически связано с передви¬
жением окуляра зрительной трубы Lx Z,2, что обеспечивает неза¬
висимость результатов измерения от аметропии и аккомодации
глаза наблюдателя. Установив призму в положении, при котором
марка видна резко на сетчатке испытуемого, наблюдатель отсчи¬
тывает на шкале прибора, указатель которого связан с призмой,
непосредственно значение величины А'^ для линзы, корриги¬
«71
рующей аметропию глаза испытуемого при 8 = 12 мм. Внешний
вид прибора изображен на рис. 610.
Точность определения величины А'^ или аметропии А (послед¬
няя может быть легко найдена из А
т помощью хотя бы таблиц)
достигает 0,25 дптр. Главные
достоинства прибора — про¬
стота обращения и быстрота
получения результатов. Резуль¬
таты, полученные помощью
рефрактометра, должны быть
проверены субъективной про¬
бой.
§16. Форометр
Мадокс-форометр по Штоку
служит для определения поло¬
жения зрительных осей двух
глаз при отсутствии аккомода¬
ции (см. гл. III), а также для
проверки правильности центри¬
ровки очковых линз относи¬
тельно глаза (см. гл. III).
Прибор, внешний вид ко¬
торого изображен на рис. 611,
имеет две коллиматорные линзы
В (рис. 612). Через одну из них
глаз испытуемого смотрит на освещаемую сзади лампой L и матовой
маслинкой М шкалу с нанесенными на цилиндрической поверх¬
ности делениями в приз¬
менных диоптриях. Через
другую линзу другой глаз
испытуемого смотрит на
светящийся штрих S, на¬
правление которого пер¬
пендикулярно шкале Р.
Так как шкала Р и штрих
•S отделены друг от друга,
то один глаз испытуемого
видит только шкалу, дру¬
гой— только штрих. По¬
следнее обстоятельство,
а также и то, что вся
внутренняя поверхность прибора вычернена, исключает действие
фузионной способности глаза (см. гл. III).
По положению штриха, видимого одним глазом, по отношению
к делениям шкалы, видимой другим глазом, возможно судить о
€72
Рис. 612-
Рис. 611.
положении зрительных осей глаз при исключенной фузионной
способности. В приборе предусмотрена возможность, помимо астено-
пических расстройств
в горизонтальном на¬
правлении, измерять
эти расстройства и по
вертикали.
Так как децентри-
рованная очковая линза
дает видимые астено-
пические явления (см.
гл* III), то тот же при¬
бор позволяет по по¬
ложению штриха де¬
лать заключения о сте¬
пени и характере де-
дентрации линз в
оправе.
§ 17. Щелевая лампа
Прибор обеспечи¬
вает получение силь¬
ного, сконцентрированного
пучка света, позволяющего
врачу непосредственно гла¬
зом либо йомощью спе¬
циального роговичного или
глазного (по Кёппе) микро¬
скопов наблюдать микро¬
строение отдельных частей
глазного яблока, характер
тех или иных болезненных
изменений в тканях глаза,
помутнений в глазных сре¬
дах и пр.
Рис. 613 дает внешний
вид этого прибора вг' его
последнем оформлении (по
Комбергу), а рис. 614 —раз¬
рез. Здесь: N— низковольт¬
ная нитра-лампа; К—цоп-
денсорная линза; 5 — щеле¬
вая диафрагма; Р — диск
с линзами; F — диск с цвет¬
ными фильтрами; X—призма; L — линза. Справа на рисунке —
глазной микроскоп.
43 Зак. 3730. Справочн. кн. оптико-механика.
Рис. 613.
673
Рис. 614.
§ 18. Диоптриметр
Основное назначение этого прибора — определение задней вер¬
шинной рефракции очковых линз. Применяемые на практике
еще до сего времени другие методы определения этой величины —
метод сферометра и метод нейтрализации — не могут обеспечить
необходимой точности и ведут к грубым ошибкам. В особенности
неприемлем метод нейтрализации при измерениях А^ в случае
изогнутых линз (перископических, менисковых и пунктальных).
Рис. 616.
Рис. 615 изображает схему устройства диоптриметра. Прибор
состоит из основной (собирательной) лупы 12. В заднем фокусе
F2' этой лупы находится острие штифта К, к которому прижи¬
мается задняя вершина испытуемой линзы Lv О — марка, осве¬
щаемая специальным источником света. Зрительная труба, уста¬
новленная на бесконечность, через которую глаз наблюдателя
рассматривает видимую через линзы Lx и 12 марку О. Эта марка
674
Рис. 6Д5.
только в том случае будет видна через трубу резко, еслэд изо¬
бражение ее, даваемое линзой Lг, будет находиться в месте фокуса
Fx линзы Lv
Отрезок FJ72 очевидно равен V/ — заднему вершинному фо¬
кусному расстоянию линзы Lv причем искомое Лоо/=1/1/1/. Этот
ff 2
отрезок V\ может быть найден из равенства V/——где
f2— фокусное расстояние основной линзы L2 и x — F20, т. е.
смещению марки О относительно точки F2• Этот последний от¬
резок может быть отсчитан по специальной шкале, по которой
отсчитываемся положение марки О.
На этом принципе построен целый ряд приборов. Рис. 616
дает внешний вид^модели,'выпускаемой фирмой Цейсс, — диоптри-
метра.
Помимо величины А^', диоптриметр позволяет находить вели¬
чину астигматиза у астигматических линз, направления главных
сечений, величину и направление призматического действия линз
и т. д.
Помощью особого приспособления возможно нанести краской
положение оптического центра линз и направление меридиана
наименьшей рефракции.
Рис. 617.
§ 19. Офталмометр
Офталмометр позволяет определять радиусы кривизны передней
поверхности роговицы по рассматриваемому изображению в ней
особой светящейся фигуры — марки. »Вид этой марки различен
в приборах разных конструкций.
67S
Марка, применяемая в приборе фирмы Цейсс, изображена
на рис. 617. Она проектируется по частям двумя осветителями Z
Рис. 618.
Рис. 619.
(рис. 618). Задача наблюдателя — совместить передвижением со¬
ответствующих винтов прибора обе части марки в одну фигуру.
Внешний вид прибора дан на рис. 619.
§ 20. Пробный набор очковых линз
Пробный набор очковых линз служит в руках врача-офталмо-
лога: 1) для определения аметропии глаза методом субъективной
пробы; 2) для определения задней вершинной рефракции очковых
линз методом субъективной пробы; 3) для поверки результатов
определения аметропии одним из
объективных методов (скиаскопия и
рефрактометрия).
Состав пробного набора регла¬
ментирован специальными постано¬
влениями. Набор содержит опреде¬
ленное число парных линз со сфе¬
рическими поверхностями, парные
астигматические линзы для астигма¬
тического глаза, призмы для слу¬
чаев астенопии, пробную оправу для
помещения линз перед глазами
испытуемого, разные диаграммы и
другие дополнительные принадлеж¬
ности для испытания зрения.
Линзы, входящие в состав на¬
бора, могут быть как Bi-формы,
так й изогнутые — мениски или
пунктальные.
В случае применения Bi-линз
пробная оправа снабжается спе¬
циальной круглой^ диафрагмой для
исключения возможности использо¬
вания краевых частей линзы, в которых велик астигматизм косых
пучков лучей, могущий явиться источником ошибок нри опреде¬
лении аметропии глаза.
677
Рис. 621.
Рис. 620.
На рис. 620 дан вид пробного набора пунктальных линз фирмы
Цейсс, на рис. 621—вид отдельных линз из такого набора и
на рис. 622 — вид специальной пробной оправы (Бьерке).
Рис. 622.
§ 21. Дисковый набор очковых линз
Прибор этот заменяет пробный набор очковых линз для про¬
цесса определения аметропии субъективным методом. Он содержит
в себе диски,с полным набором пунктальных линз отдельно для
Рис. 623.
канцхого из двух глаз, такой же набор с астигматическими линзами,
призматическими и т. д.
Перемена линз, изменение направлений главных сечений в астиг¬
матических линзах и пр. производятся в этом приборе весьма
быстро, благодаря чему ускоряется и вся процедура испытания
678
зрения. Прибор содержит специальное приспособление для опре¬
деления остроты зрения, кератометры для определения величины
3 и другие приспособления.
Внешний вид прибора изображен на рис. 623.
§ 22. Камера для фотографирования глазного дна
Прибор этот обеспечивает возможность получения простых и
стереоскопических снимков глазного дна живого глаза. Применение
асферических линз позволяет устранить все мешающие рефлексы
и получать безупречные снимки — бесцветные и цветные. Весьма
существенным является то обстоятельство, что экспериментатор
Рис. 624.
имеет возмЪжность в процессе всей работы наблюдать глазное
дно испытуемого и, нажимая на спуск в любой момент, произ¬
водить съемку. Правильное положение глаза испытуемого обеспе¬
чивается применением специального фйксационного приспособления
Вессели.
Вид прибора дан на рис. 624.
§ 23. Большой безрефлексный офталмоскоп Гулльстранда
Прибор обеспечивает возможность наблюдать картину глазного
дна в увеличении до 40х без всяких мешающих рефлексов, имею¬
щих место при применении обычных офталмоскопов. Уничтожение
рефлексов достигается разделением пучков, освещающего глазное
дно и того, в котором производится наблюдение последнего экспе¬
риментатором (принцип Торнера). Применяя специальный окуляр,
возможно вести наблюдение глазного дна бинокулярно, используя
стереоскопический эффект.>
679
Вид этого прибора изображен на рис. 625, а разрез его —
на рис. 626. Здесь: L — нить нитра-лампы; К— конденсор; »S—
Рис. 626.
щель; D — диафрагма; Ах и А2 — линзы; О — стеклянный клин;
N—объектив; О — окуляр; N—сетчатка испытуемого; N% N* и
Nw — изображения сетчатки испытуемого.
т
Рис. 625.
§ 24. Демонстрационный полиофталмоскоп
Прибор этот, построенный на том же принципе, как преды¬
дущий (§ 23), снабжен 9 отдельными окулярами, обеспечивающими
Рис. 627.
Рис. 628.
возможность одновременного наблюдения глазного дна 9 наблю-
датеяями.
Вид прибора изображен на рис. 627.
§ 25. Карманный безрефлексный офталмоскоп
Приборчик этот, размеров портсигара, построен по тому же
принципу Торнера и обеспечивает возможность наблюдения глаз¬
ного дна в увеличении до 10х, без рефлексов, на дневном свету.
Освещение производится миниатюрной 4-вольтовой лампочкой
накаливания.
Внешний вид прибора изображен на рис. 628.
JI. Г. Титов
Глава XXIII
ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫЕ ПРИБОРЫ
Интерференционный 'метод, являясь одним из наиболее чув¬
ствительных и удобных для измерений и разного рода исследований,
нашел себе широкое применение в разных областях. Чувствительность
его в настоящее время может быть доведена в некоторых случаях
до 0,05 длины волны света и выше, что соответствует измеряемой
величине около 0,00003 мм. Огромным его преимуществом являются
также сравнительная простота средств (отсутствие сложных меха¬
низмов) и удобство применения, в частности ненужность в боль*
шинстве случаев непосредственных соприкосновений с измеряемым
предметом. Кроме измерений оптических свойств материальных тел,
этот метод широко применяют также для различных геометрических
измерений, причем во многих случаях не требуется лабораторной
обстановки: измерения могут производиться почти в любых условиях.
Можно отметить следующие главные области применения ин¬
терференционного метода:
1) оптические измерения при изучении тонких физических
явлений;
2) исследования и измерения качества оптических систем;
3) измерение различных оптических констант у твердых, жидких
и газообразных средин;
4) измерение геометрических величин и их изменений.
В настоящее время весьма затруднительно перечислить все
виды применения интерференционного метода. Для часто повто¬
ряющихся случаев выработаны постоянные приборы, многие из
которых имеют широкое промышленное распространение.
В дальнейшем будут описаны наиболее распространенные при¬
боры и способы их применения.
§ 1. Исследование поверхностей интерференционными методами
Применение интерферометров для испытания и измерения по¬
верхностей и их взаимного положения Широко распространено.
Самый простой способ заключается в наложении пробного стекла
(см. гл. XXV и LIII).
683
Испытание плоскостей удобно производится помощью полос
Ньютона и без соприкосновения пробного стекла (рис. 629)*
Испытуемая пластинка — Р, нормальная — N. Для освещения слу¬
жит особый аппарат. В фокусе линзы Ob установлен монохрома¬
тический источник света L. Свет, проходя полупосеребренный
кубик W, падает на линзу и затем параллельным пучком осве¬
щает пластинки. Отражаясь обратно, он сходится в Л, где поме¬
щен глаз наблюдателя. По искривлению полос можно оценивать
степень плоскостности пластинки.
Прибор Аббе-Пульфриха (рис. 630), позволяет исследовать
плоскопараллельность, наблюдая полосы равного наклона на пла-
А
Еис. 630.
стинке Р. Действие его понятно из рисунка. L — источник моно¬
хроматического света; М — матовое стекло; Рг и Я2 — призмы;
Ob — объектив. В фокусе объектива помещена диафрагма В. На¬
блюдение ведется через окуляр Ok плоскости В. Виднз половина
отверстия диафрагмы и в ней интерференционные кольца на бес¬
конечности. Пластинку перемещают по точным направляющим и
изучают в разных местах. Если она образует клин, то изменение
толщины будет пропорционально Х/2 л, где п — коэфнциент пре¬
ломления стекла. Разница толщин (на исследуемой длине /) равна
X
тп • —, если тп — число колец, прошедших в поле зрения мимо
Zn
марки окуляра. Точность отсчета — */10 ширины полосы, что со¬
ответствует изменению толщины порядка 0,016 у. В качестве
источника света лучше" всего оказывается ртутная дуга. Если вы¬
нуть окуляр и смотреть через диафрагму на пластинку Р, то
будем наблюдать интерференционные полосы равной толщины.
Включив нормальную пластинку с плоской поверхностью, можно
проверить и плоскостность пластинки Я.
684
Рис. 629.
Подобными методами производят испытания и измерения по¬
верхностей и форм различных оптических деталей. Конструкции
приборов зависят от их назначения (см. например гл. LIII).
§ 2. Интерферометры для испытаний и исследований опти¬
ческих систем
Интерферометр Майкельсона предназначен для исследования
катоптрических и диоптрических систем. Старая схема его изобра¬
жена на рис. 631а, где L — источник света, В и Вх — ахромати¬
ческие линзы, между которыми идет параллельный пучок света.
В служит коллиматорной линзой, Вх — объективом. В фокусе
первой расположен источник света. Плоскопараллельная пластинка Р
отражает и преломляет лучи, как показано на рисунке. Верхнее
плоское зеркало отражает лучи обратно, которые, пройдя линзу Вв,
сходятся в ее фокусе. Лучи, прошедшие через пластинку, прохо“
дят испытуемый объектив Вх и сходятся в его фокусе Л, но на
пути имеется выпуклое зеркало К, которое возвращает их по
тому же пути обратно через испытуемый объектив. Пройдя пла¬
стинку, они сходятся в фокусе F. Точка F наблюдается глазом,
который, видя полное отверстие линзы Bv одновременно по интер¬
ференционным явлениям может наблюдать ошибки в ходе пучков,
вызываемых линзой.
Вместо выпуклого зеркала можно применить ахроматическую
линзу и плоское зеркало. В этой схеме требуются весьма точные
оптические части достаточных размеров, поэтому для катоптри¬
ческих систем Майкельсон предложил другую схему (рис. 631fr).
Лучи, выходя из щели S, отклоняются призмой полного внутрен¬
него отражения, как видно на рисунке, и направляются к сфери¬
ческому зеркалу, подвергаемому испытанию; отражаясь, они пере¬
секаются в С. Перед зеркалом помещена заслонка с двумя парал¬
лельными щелями. Щель Р— в центре, щель Q — в. исследуемой
зоне. В С каждый пучок дает дифракционное изображение ши-
2 гХ
риной ~~~£~ > гДе — ширина щели, г—радиус кривйзны зеркала.
685
Рис* 631.
Их интерференция дает полосы шириной — , где D— расстояние
2D
обоих отверстий в ширме; число полос составляет—-7-. Рассма-
Л
тривание явлений в точке Q ведется через окуляр или микроскоп.
При исследовании разных зон наблюдают сужение или расшире¬
ние полос, а также их искривление. Зеркало надо расположить
так, чтобы изображение источника было в центре его кривизны
и на главной оси зеркала. Ошибки зеркала будут выражаться
в длинах волн. Недостаток этого метода заключается в том, что
необходима очень точная установка микроскопа на фокус зеркала
(требуемая точность — несколько микронов), что весьма трудно,
особенно если зеркало обладает большими ошибками и фокус
его неопределенен. > Это вызывает значительные ошибки. Кроме
того этот метод обладает большими техническими трудностями.
Интерферометр Тваймана. Идея метода заключается в сравне¬
нии световой волны, прошедшей через испытуемую систему,
с нормальной, световой волной. Если вошедшая волна плоская,
то необходимо иметь нормальную плоскую волну. Свет от моно¬
хроматического источника (рис. 632), отраженный зеркалом А,
проходит линзу В и собирается в плоскости отверстия С; по¬
следнее находится в фокусе коллиматора D* Выходящая из D
волна (плоская) разделяется полупосеребренной пластинкой О на
686
Рис. 632.
две, из которых одна направляется к зеркалу //, возвращается[
обратно, проходит пластинку О и, пройдя линзу £*, сходится
в отверстии F. Другая волна проходит исследуемую систему /,
отражается от выпуклого зеркала L, проходит опять через испы¬
туемую систему /, отражается от G, проходит Е и собирается
в F. На участке OEF обе волны налагаются и интерферируют,
образуя полосы интерференции. Центр кривизны зеркала L дол¬
жен совпадать с фокусом /. Если все системы приборк совершен¬
ные, то плоская волна, падающая на L, будет отличаться от
сферической формы только в силу тех искажений, которые она
получает в испытуемой системе, проходя ее 2 раза. Такая дефор¬
мированная волна, налагаясь на нормальную плоскую, интерфери¬
рует с ней сложным образом и дает искривленные полосы в за¬
висимости от разности хода своих элементов. Если деформации
везде меньше Х/2, то поле, наблюдаемое в F, будет равномерно
светлым или темным. Разницы больше Х/2 дают полосы, которые
эквивалентны половинным величинам длин волн, так как свет
проходит / 2 раза. По форме полос можно получить диаграмму
сферической аберрации. Этот метод особенно ценен для фото¬
графических объективов.
Твайман добавляет к прибору два инклинатора, позволяющие
наклонять поверхность волны до вхождения ее в систему. Этим
достигается уширение полос, причем определяется одновременна
и наклон лучей к той или иной зоне системы. Если в поле зре¬
ния оказывается не более 1 — 2 полос, то необходимо исследо¬
вать интенсивности поля около фокуса, выводя те или иные эле¬
менты из полос. Это достигается при помощи метода спирали
Корню. Если не пользоваться инклинаторами, то можно (по
Перри) уширять полосы в разных зонах, смещая зеркало L. Точ¬
ность измерений не превышает Х/4, что в ряде случаев недоста¬
точно. Оптические части прибора должны быть весьма совершен¬
ными и иметь достаточный размер (соответственно размерам испы¬
туемой системы). Кроме того прибор должен быть совершенна
стабилен. Для катоптрических систем необходимы изменения
в зависимости от их рода.
Интерференционный метод Ветцмана-Братке. Ветцман для
испытания линзовых систем применяет жаменовскую пластинку-
СвЪт, идущий из бесконечности (параллельный пучок), разбивается
на два пучка и проходит испытуемую систему в двух местах*
после чего лучи сходятся в ее фокусе. Зеркало возвращает их
обратно, причем лучи проходят приблизительно симметрично ту
же систему. Отразившись от жаменовской пластинки, они пере¬
секаются в точке,1 где находится глаз наблюдателя. Если система
хорошо корригирована, глаз видит через нее систему равноотстоя¬
щих полос, расположенных симметрично относительно смещенной
в сторону средней полосы. Искривление полос "указывает на
отступление от сферической формы соответствующей зоны системы.
Чем дальше помещено зеркало, тем меньше расстояние полос.
687
Этот способ дает только качественную оценку, однако Братке
изменил его так, что можно производить и вычисления. В по¬
следней предложенной Ветцманом и Братке схеме (рис. 633)
применены две жаменовские пластинки и дополнительная линза L
взамен зеркала. Таким образом луди проходят через исследуемый
объектив только один раз, и влияние его формы поэтому не
сказывается. Линзы и зеркала должны быть одинаковыми. Доба¬
вочный объектив должен быть хорошо корригирован.
Обычно вычисляется разность хода двух частичных лучей, на
которые плоскопараллельная пластинка разлагает каждый падаю¬
щий на нее луч (от точки разделения до передней фокальной
плоскости, в которой происходит интерференция):^
здесь: d — толщина пластинки; п — показатель ее преломления;
/—фокусное* расстояние линзы; h” — расстояние (высота) данной
точки от оптической оси в плоскости полос; <р — угол, отсчитан¬
ный окулярным микрометром, измеряющий расстояние между двумя
лучами, получаемое вследствие разделения падающего под утлом ф
луча на две части. Величина у находится из формулы:
где: Ак — ширина полосы; k — ее расстояние от центральной по¬
лосы (А = 0); hrr = I
Метод Ветцмана позволяет также измерять хроматические
ошибки, если изменять источники света. Точность его удовлетво¬
ряет практическим целям. Но объективы могут быть исследованы
только относительно их фокуса. Для катоптрических систем этот
метод не пригоден. Метод требует большой тщательности в уста-
688
Рис. 633.
новке, определения ряда постоянных прибора и большой точ¬
ности изготовления частей, которые должны соответствовать раз¬
мерам исследуемых систем.
Методы Ронки и Ленувеля.. Эти методы отличаются большой
простотой -и удобством и свободны от многих недостатков. По¬
этому их применение должно быть весьма широким. По методу
Ронки (рис. 634а) параллельные лучи, вступающие в исследуемый
объектив Ob, пересекаются в фокусе F, пройдя предварительно
дифракционную решетку О (см. гл. II). В качестве решетки
берется система либо прямолинейных полос либо концентрических
кругов. На экране Ж, расположенном за фокусом, решетка обра¬
зует интерференционную картину. Искажение нормальной формы
этой картины (соответствующей данной решетке) будет происхо¬
дить только вследствие сферической аберрации испытуемой
системы и может быть изучено геометрически по изменениям
расстояний и искажению интерференционных полос картины. Ме¬
тод может быть применен и для рассеивающих систем.
По методу Ленувеля вблизи фокуса линзовой системы (рис. 634£)
помещают штриховую дифракционную решетку, у которой осве¬
щается пучком параллельных лучей небольшой участок. Изобра¬
жение решетки через испытуемый объектив отражается зеркалом
Sp обратно через линзу; оно расположено близ самой решетки (G').
Глаз, помещенный вблизи решетки *£Л)> видит при правильном
расположении линзы отверстие ее, пронизанное дифракционными
полосами. Искажение линий свидетельствует о наличии сфери¬
ческой аберрации у испытуемой системы, которые можно измерить.
Метод Ронки, ввиду его простоты и точности, начинает ши¬
роко распространяться. На этом принципе построен ряд испыта¬
тельных приборов (см. гл. LIII).
Экстрафокальные методы. Пользуясь гартмановским методом
экстрафока л ьных измерений (см. гл. LIII) и применяя к нему интер¬
ференцию, можно исследовать интерференционными способами
линзовые системы. На этом принципе разработан ряд методов,
например: Майкельсона (с одним отверстием), Мерланда (с двумя
отверстиями), Гарднера и Беннета (с измененным гартмановским
методом). Диафрагмы ставятся не перед испытуемым объективом
а в плоскости фотографической пластинки (первое положение)
Они располагаются симметрично. Измеряются сами дифракцион
44 Зак. 3730. Оправочж. кя. оптмко-механжк*, £$$
Рис. 634.
ные кольца, окружающие кружки рассеяния (при гартма-новском
методе они только мешают точности измерений). В плоскости
фотографической пластинки (второе положение) измеряются ди¬
фракционные кольца, окружающие темные фигуры рассеяния.
Иногда применяют не кружки, а щели; применяется при этом
также автоколлимация.
Вайсяля (Väisälä) применяет метод трех и четырех отверстий,
что даёт возможность исследовать всю волну, пропускаемую си¬
стемой.
§ 3. Измерение преломляющих свойств средин интерферен»
ционными методами
Измерение показателей преломления и их изменений интер¬
ференционными методами основывается на том, что интерферен¬
ционные картины полос испытывают изменения, если среда, в которой
проходит свет, изменяет свои преломляющие свойства. Если сравни¬
ваемые среды имеют одинаковую толщину или длину (путь, про¬
ходимый светом), то при равенстве коэфициентов преломления они
дают определенную разность хода. Свет должен исходить из одного
источника и быть разделен на два пучка. В трубу будет видна
система интерференционных полос. Если в одной из сред коэфициент
преломления изменится, что может произойти или вследствие
замены среды, или вследствие нагревания, или вследствие изме¬
нения плотности, то длина оптического пути изменится, и раз¬
ность хода обоих интерферирующих пучков света станет иной*
Это вызовет перемещение полос в одну сторону.
Если источник CBQja — монохроматический с длиной волны X»
первоначальный коэфициент преломления обеих половин хода
пучков — п0У а изменившийся в одной из половин коэфициент
преломления — п и число полос z, то д?ри длине пути / будут
справедливы равенства:
nl — п01 =(п — пд) I и (п — я0)/ = zL
Из Этих уравнений определяется неизвестный п при известном Со¬
существует много способов образования двух пучков с опре¬
деленной разностью хода.
Способ Жамена. Точная плоскопараллельная пластинка и&
оптически однородного стекла любой толщины разрезается на две
совершенно одинаковые части Рг и Р2 (рис. 635а), которые уста¬
навливаются строго параллельно. Луч света, идущий из беско¬
нечности (параллельный пучок), отражается от обеих плоскостей,
проходит* как видно из рисунка, на вторую пластинку и там
отражается подобным же образом. Образуются два пучка и S2i
KOTQpbie второй пластинкой превращаются в четыре. Из них одна
пара идет по одному направлению. Вторая пара S/ и S2" загора¬
живается заслонками. Пучки S2" и S/ дают систему интерферен¬
ционных полос одинаковой интенсивности. Если например в об¬
690
ласти пучка S2 изменяется коэфициент преломления, то система
полос перемещается, и число полос z, пробегающее мимо какого-
либо знака (штрихи, марка), будет мерой изменения п согласно
указанному уравнению. Если пластинки строго параллельны, то
при равенстве п0 = п полос не будет, так как оптические пути
St и S2 одинаковы. Полосы появятся, если одну из пластинок
слегка наклонить так, чтобы между ними был небольшой угол
(брюстеровские полосы). Регулируя наклон пластинки, получают
полосы различной ширины, а% также полосы вертикальные, гори¬
зонтальные или наклонные. Для увеличения интенсивности полос
задние поверхности серебрят. Полосы находятся на относительно
большом расстоянии, так что их можно рассматривать невоору¬
женным глазом, но для измерения приходится пользоваться зна¬
ками (крестовины), которые выгодно расположить в окуляре (на¬
блюдение через окуляр). Разделение пучков обычно производится
диафрагмой с двумя отверстиями (В).
Так как температура и давление влияют на плотность среды,
они должны быть учтены. Во время же измерений они должны
оставаться неизменными, ибо всякие изменения в приборах, на¬
пример перемена испытуемой среды, будут изменять условия«.
Необходима предварительная установка системы на нуль, что
производят при белом свете. Возникающие при этом ахромати¬
ческие полосы служат отметкей нулевого положения. 1 Их уста¬
навливают сначала на крест нитей; производя изменение в при¬
боре (например перемену среды), наблюдают перемещение ахрома¬
тических полос, величину которого отсчитывают, наклоняя микро¬
метрически одну из пластин (при монохроматическом свете), пока
ахроматическая полоса не совместится с центром креста. Для
упрощения этой манипуляции вводят в ход лучей компенсаторные
пластинки или компенсаторные клинья.
Эта установка однако не точна, так как разные средины имеют
отличные дисперсии и полосы разных цветов не могут быть рас¬
положены одинаково. Приходится вводить поправки, величины
которых определяют предварительными опытами. При большой
разнице оптических путей эти поправки значительны, полосы
передвинуты, белые могут переходить в черные и наоборот.
Перемещение может быть в обе стороны в зависимости от того,
у какой среды дисперсия больше. В соответствий с этим поправка
прибавляется или вычитается из найденных численных значений.
Для определения поправки надо взять обе среды (жидкие или
газообразные) одинаковыми и при них определить нулевое поло¬
жение бесцветных полос обоих пучков. Меняя небольшими ступе¬
нями пропорцию отношения обеих сред, изучают несколько одно¬
1 Ахроматические полосы возникают в случае вертикального поло¬
жения пластин, когда полосы расположены горизонтально, так как только
в этом случае возможно равенство длин хода. Полосы (белые и черные)
соответствуют разности хода X и Х/2.
44* 691
цветных полос, когда ахроматические полосы переходят из светлых
в темные и обратно в светлые.
Прибор должен быть изолирован от сотрясений, колебаний
температуры не должно быть. Части прибора должны сохранять
стабильное положение. При этих условиях можно отсчитывать не¬
сколько единиц седьмого анака измеряемого коэфициента преломления.
Способ Цендёра и Маха. В этом способе интерферирующие
пучки могут быть значительно раздвинуты, что во многих случаях
необходимо (рис. 635#). Обе жаменовские пластинки расположены
другим способом. Добавлены черные зеркала Spt и Sp2 (черное
стекло по Цендеру). Пластинки Жамена здесь не серебрятся. Лучи,
отраженные от задних плоскостей, .также интерферируют, но они
должны быть загорожены.
В устройстве Маха (рис. 635с) жаменовские пластинки за¬
менены воздушными Lv толщиной 0,001 мм, образованными
между двух призм. Свет падает приблизительно под углом полного
внутреннего отражения, поэтому интенсивность пучков одинаковая.
Зеркала Spx и Sp сделаны из черного стекла. Действие понятно
из рирунка.
Компенсаторы служат для введения определенной разности
хода в пучки, которую можно по желанию изменить.
В компенсаторе Жамена (рис. 635а?) имеются две пластинки
Gj fr G2 одинаковой толщины, наклоненные друг к другу под
постоянным углом. Пластинки вводятся в оба интерферирующие
пучка, так что луч Sx проходит через Gv а луч S2—кчерез G2.
При симметричном положении пластин толщина стеклянного пути
одинакова, но если ось немного повернуть, то толщины станут
разными, и появится точно известная разность хода.
692
Рис. 635.
В компенсаторе Араго имеется двойной клин (рис. 635г) Ki
и К2- Сдвигая Kt и к* вводят различную разность хода в луч Sx
относительно луча S2.
Способ Маскара. Для измерения показателя преломления
пользуются полосами Тальбота (см. гл. II). Параллельный пучок света,
исходящий из щелевого коллиматора, разлагается двумя пластин¬
ками (пластинки Физо) Гг на два взаимно параллельные пучка
(рис. 636).
В оба пучка вводят сравниваемые материалы в трубках /?х и /?2.
Вторая система пластин F2 действует противоположно первым.
После этого пучок входит в призму спектрографа Я, в трубе ко¬
торого образуется спектр. Если коэфициенты в обоих пучках
одинаковы, полосы совпадают. Если в одном из них коэфициент
изменится, полосы испытывают сдвиг. Измеряя передвижение полос
(количество полос z) помощью нитяного креста, получают значение
коэфициента преломления Ап — ——, где R — длина пути. Этот
R.
метод удобен для определения дисперсий газов.
Способ Релея основывается на измерении фраунгоферовых
интерференционных явлений. Освещенная белым светом щель на¬
ходится в фокусе объектива. Параллельный пучок лучей, выйдя
из объектива, входит в другой объектив и сходится во второй
щели, находящейся в его фокусе, образуя изображение первой
щели.
Вторая щель может отсутствовать. Пучок разделяется на
две части двумя камерами с испытуемыми материалами. Перед
объективом помещена двойная щелевая диафрагма, вызывающая
фраунгоферову дифракцию, состоящую из двух систем одинаковых
рядом расположенных полос. Верхняя служит нулевым положением,
вторая меняется в зависимости от изменения коэфициента пре¬
ломления в одной из камер. Наблюдение ведется через цилин¬
дрический окуляр. Точность всех приведенных методов приблизи¬
тельно одинакового порядка.
693
Рис. 636.
§ 4. Технические интерферометры
Интерферометры нашли себе широкое применение в технике
для исследования твердых, жидких и газообразных тел. Из многих
разновидностей их можно привести три главные типа, имеющие
широкое распространение.
Лабораторный интерферометр (рис. 637а и б) предназначается
для исследования газовых смесей с точностью, достаточной для
промышленных целей. Главным образом могут исследоваться так
Рис. 637а.
Рис. 6376.
называемые оптически чувствительные газовые смеси. Анализ их
возможен с точностью до нескольких сотых процента. При опти¬
чески нечувствительных газах точность значительно ниже (не
более 0,2%). Этот прибор применяют в разных областях индустрии.
Схема прибора показана на рис. 637а.
Параллельный пучок света, выходящий из коллиматора /С/,
падает на двойную диафрагму В1 и образует интерференционный
спектр. Оба пучка направляются через газовые камеры Z, и G.
Верхняя половина пучка проходит частью через газовую камеру G3
частью через воздушную камеру L. Для регулировки спектров
служат компенсаторные пластинки (стеклянные, плоскопарал¬
лельные). Пластинка Р1 переставляется помощью рычага, имеющего
микрометренный винт. Повороты отсчитываются на барабане Тг.
694
Пластинка Pg стоит неподвижно. Пройдя пластинки, свет напра¬
вляется в зрительную трубу F, резкое изображение дифракционных
спектров рассматривается через окуляр Ok.
Источником света служит лампочка накаливания La на 3,5 V
(рис. 6376). Накал регулируется реостатом W. Изображение во¬
лосков лампочки располагается на входной диафрагме коллима¬
тора KL В окуляре при этом видно однородно освещенное изоб¬
ражение прямоугольных щелей с системой интерференционных
полос, пересекаемых тонкой горизонтальной линией (линия разде¬
ления)., Отодвигая сначала трубу кремальерой, а потом выдвигая
окуляр, наблюдают четыре освещенные поля, два верхние и два
/ нижние. Поля должны быть освещены одинаково, что зависит от
правильного раздвижения щелей. Раз-
движеыие. щелей производится микро-
метренным винтбм, имеющим барабан М.
На последнем производят отсчет с точ¬
ностью Viooo мм• Лупа Lu помогает
отсчитывать деления. После того как
яркость выравнена, вдвигают окуляр,
и тогда делаются видны интерференцион¬
ные линии. Окружающее поле должно
быть белым. Расстояние лампочки ре¬
гулируется кордельным кольцом, цен¬
трировка изображения ее нитей про¬
изводится юстировочными винтами.
Линия разделения при этом должна быть
резкой и не давать тени. Юстировка
лампочки производится при отсутствии
камер.
Камеры GK (рис. 6376), заранее юстированные, вкладываются
в интерферометр, для чего имеются пружинящие дуги, регули¬
руемые винтами. Защитные стекла камер, которые должны быть
установлены точно параллельно друг другу, тщательно вычищают,
удаляя все пылинки. Обычно камеры тройные (металлические или
стеклянные). Иногда берут двойные камеры. Положение камер
юстируется; кроме того имеется эксцентрик с подающим винтом
для передвижения камер. Кроме камер для газов имеется камера
для воды и для жидкостей, подвергаемых испытаниям. Для напол¬
нения камер предназначены специальные вспомогательные приборы.
Отсчет интерферометрических значений производится на бара¬
бане Тг (рис. 637а), вращаемом кольцом с накаткой. Перевод
этих значений выполняется по таблицам.
Переносный интерферометр действует на том же принципе,
что и предыдущий, но отличается портативностью (рис. 638).
В связи с этим в нем коллиматорная труба является одновременно
и Зрительной трубой. Расположенная рядом с окуляром Ok оку¬
лярная щель освещается лампочкой снаружи. После ряда отра¬
жений в призме, заключенной в трубку В, изображение нитей
695
Рис. 638.
передается линзой на щель. Пучок света, пройдя щель, напра¬
вляется в зрительную трубу и превращается ее объективом
в параллельный пучок"; Последний, пройдя через камеры, отражается
обратно зеркалом S. Вблизи расположена двойная щель, проходя
которую пучок, проходит через тот же объектив и дает в поле
зрения окуляра дифракционный спектр. Спектр состоит из двух
темных по^ос, видимых на белом поле. Их окружают цветные
полосы (спектры высоких порядков). Тонкая поперечная линия
(линия раздела) разделяет спектр на верхнюю и нижнюю половины.
При определенном положении^ измерительного барабана Z обе
половины имеют одинаковый вид.
Компенсатор К состоит из плоскопараллельной стеклянной
пластинки, наклоненной под углом 45° к верхней половине пучка
света. Помощью его можно сделать вид обеих интерференционных
картин пучков одинаковым. Вращая барабан М> действующий на
длинный рычаг, соединенный с подвижной пластинкой, изменяют
длину оптического пути одного из пучков и сравнивают дифрак¬
ционные картины. Барабан разделен "на 100 частей. Число его
оборотов также отсчитывается по индексу на счетчике. При
помощи таблиц можно, зная значения отсчетов, определять кон¬
центрации газов и жидкостей. Эти таблицы изготовляются путем
исследование на интерферометре ряда составов известной концен¬
трации. Камеры вводятся в интерферометр и зажимаются штыковым
затвором. Трубки для наполнения их выводятся наружу, так же
как и термометры. На том же принципе действуют специальные
интерферометры, например для рудников.
Дилатометр для измерения коэфициента расширения твер¬
дых тел по методу Физо (система Аббе) (рис. 639а и б). При¬
бор основан на принципе измерения смещения интерференционных
полос, вызванного нагреванием пластинки, помещаемой на столике
Физо (рис. 639в). Последний представляет собой стальной столик Т
на трех установочных винтах точно одинаковой длины, на которых
лежит клинообразная пластинка Р. При изменении длины нижняя
ее поверхность сохраняет параллельное положение по отношению
к опорной пластинк'е В (рис. 639б). На пластинке Р (рис. 639в)
сделан штрих т. На столик кладется испытуемое тело в виде
цилиндра о, верхняя поверхность которого образует клин с нижней
поверхностью пластинки Р. Для установки прибора в качестве
испытуемого тела берут заранее измеренный образец, например
кварцевый цилиндр.
Наблюдая движение полос в приборе, можно, зная коэфициент
расширения тела, обратным путем вычислить положение винтов
столика. Это определит воздушный промежуток по ширине и
направлению интерференционных полос. Для этого служит коти¬
ровочная труба F2 (рис. 639 а), в которую наблюдают полосы
и марку. После установки поворачивают плечо А и вводят сто¬
лик в сосуд G (рис. 639 б) дилатометра. При этом штрих стано¬
вится в определенное положение по отношению к наблюдателю.
696
В сосуде имеется постоянный клин (стеклянная пластинка V),
угол которого направлен в обратную сторону и который накло¬
нен к оси трубы /?. В результате лучи, выходящие из трубы*
проходят так, что в воздушный слой они вступают перпендику^
Рис. 639а.
лярно и, отражаясь, вновь проходят тем же путем в трубу, при¬
чем рефлексы от V и от верхней плоскости верхней пластинки
столика отражаются в сторону и находятся вне поля зрения.
Верхняя поверхность столика должна быть плоско отполирована-
Так как все другие поверхности пластин плоские, то интерферен¬
ционные полосы всегда прямые.
Действие оптической системы прибора понятно из рис. 639 6.
В качестве источника света берется гейслерова трубка, наполнен¬
ная водородом и ртутью. Линзой L свет направляется на призму р
м затем, пройдя диафрагму J (узкую щель), помощью ахрома-
Рис. 6396.
тической линзы О превращается в параллельный пучок, который
через призмы Рг и Р2 падает в сосуд, прокодя трубку /?. Отра¬
жаясь, он попадает в окуляр А. Трубу можно отъюстировать
винтом 6*. Осветительная труба также юстируется винтом М.
Сосуд для нагревания Th (рис. 639 а) с термометром Т2 под¬
нимается и опускается механизмом, действующим от ручки К.
Столик регулируется кремальерой Z при установке по трубе F2.
Будучи погружен в сосуд, где установлена определенная темпера¬
тура, столик закрыт кожухом G. Расположенный рядом термо¬
метр Т± отсчитывает температуру с точностью 1110°. Отсчет полос
698
с помощью нитяного микрометра М производится с точностью
x/ioo полосы; при этом пользуются штрихом на пластинке (послед¬
ний удобнее иметь в виде кружка). Для нагревания водяным паром
имеется ^специальное устройство с холодильником (змеевиком).
Лця определения коэфициента расширения необходимо знать
толщину объектной пластинки и воздушного слоя под штрихом
и действующую длину стальных винтов с точностью Viooo MMt
Эти измерения удобно производить помощью толщемера Аббе.
Интерференционный прибор по Пульфриху (рис. 640). При¬
бор действует на том же принципе, как и дилатометр, но отли¬
чается от него тем, что имеет одну прямоугольную призму Я,
заключенную в кожух V, прикрепленный к трубе F и могущий
вращаться относительно оси трубы. Это дает возможность регу¬
лировать линию визирования прибора
относительно интерференционного слоя,
находящегося между пластинками
столика D. В окулярной части трубы
помещена призма Амичи А, которая
позволяет видеть одновременно всю
систему полос, вызванную спектром
гейслеровой трубки Q. Наличие призмы
прямого зрения D, которая регули¬
руется микрометренным винтом N, по¬
зволяет ориентировать видимые полосы
относительно нитей, делая их парал¬
лельными последним, без каких-либо
изменений в объектном столике. Кроме
того в этом механизме имеются круг с делениями и индекс,
который позволяет отсчитывать ассимптоты угла интерференцион¬
ной фигуры Корню. Регулировка трубы осуществляется винтами
/Ср /Со и /С3. Четвертым винтом К4 она может закрепляться, а вин¬
том R — вертикально подниматься. Повороты осветительнбй трубы L
производятся микрометренным винтом с отсчетом на барабане М.
Продольные перемещения передней части трубы производятся
грифом F, а наводка—кремальерой^. Прочие Части обозначены
аналогично рис. 639.
Интерференционный столик V регулируется по высоте;
отсчет — на барабане М до 1/1000 мм. Действие его аналогично
предыдущему. Этот столик может употребляться» и отдельно для
ряда измерений с дополнительными частями. Аппарат может быть
применен для разнообразных исследований, в частности как дила¬
тометр.
Интерференционный компаратор по Кёстерсу (рис. 641 а и б).
Прибор служит для непосредственного сравнения концевых мер
с длиной волны света. Концевая мера кладется „на оптический
контакт“ на кварцевую пластинку Q и вместе с ней устанавли¬
вается на тарелку прибора Г, для чего имеются 3 отметки. Уста¬
новка тарелки регулируется винтами Jv JVJ& а по высоте —
699
Рис. 639в.
700
Рис. 640.
Рис. 641а.
701
Рис, 6416.
микрометренным винтом F. Свет от гейслеровой трубки С, непо;
средственно прилегающей к щели К, проходит в объектив кол¬
лиматора Ov Выходя параллельным пучком, он входит в призму
Рг и, отражаясь от ее граней, выходит под углом 90°. Далее он
проходит наполовину посеребренную пластинку Р1 и разделяется
на две части.-Одна часть отражается к зеркалу Sv другая отра¬
жается от S2 (концевой меры) и от пластинки Q возвращается
обратно; отражаясь от пластинки Р1 и проходя оптическую
Рис. 642.
систему, она входит в глаз наблюдателя. Действуя ручкой Я,
двигают вертикально головку аппарата по колонке до тех пор,
пока изображение, отраженное от Sv не совпадет приблизительно
с источником. Глаз' наблюдателя, смотрящий через узкую диа¬
фрагму, видит поверхность концевой меры и поверхность квар¬
цевой пластинки, пересекаемые интерференционными полосами,
в которых возникают разности хода S2—и /? — Q. Разница
их зависит только от длины концевой меры.
Передвижение обеих систем полос друг относительно друга
оценивается помощью нитяного креста, находящегося в Sv с точ¬
ностью 1/10 полосы. Направление возрастания порядкового числа
полос можно обнаружить по движению их, легко надавив
на кнопку аппарата. Полосы на S2 приводятся в сомещение
с крестом помощью винта F. Разность второй системы полос (Q)
702
относительно креста отсчитывается в частях S2. Точность соста¬
вляет около zt:0,02 jjl. Пользуясь специальной линейкой, можно
по измеренным величинам для различных цветов определить быстро
длину концевой меры. Приведение к температуре 20° С и давлению
ртутного столба 760 мм производится помощью особой линейки,
прилагаемой к прибору. Измеряя при различных температурах,,
можно получить коэфициенты расширения концевых мер. Имеется
приспособление, позволяющее сравнивать две концевые мерыг
посаженные на контакт.
Как видно из рисунка, оптическая система заключена в кожух Q
(головка). Труба закрыта крышками М и Dv Юстируется прибор
микрометренньщ винтом, передвигающим призму. Кроме того вин¬
тами юстируется зеркало Sv
Прибор для испытания плоскопараллельности пластинок.
Этот прибор основан на принципе наблюдения полос равной
толщины и колец равного наклона. Исследуемая дластинка Р
(рис. 642) кладется на столик, верхняя тарелка* которого Т
обклеена черным бархатом. Источник света (натровая горелка)
ставится в стороне за экраном 5. Коллиматорная линза L напра¬
вляет свет через призму Рг и через объектив Од на пластинку.
Отраженные от обеих плоскостей пучки идут обратно и, отра¬
жаясь в призме Р2. вступают в окуляр Ok. Имеется переменная
диафрагма J (ирис), скрепленная с кожухом призмы К. Окуляр
откидывается посредством вращения рычага А около оси (?.
В коллиматоре имеются диафрагмы В (3 отверстия разного диа¬
метра). CrojjpK устанавливается 3 винтами. Пластинку передвигают
на столике, наблюдая изменение интерференционной картины.
Глава XXIV
ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН
(ДЛИН, УГЛОВ, ПРОФИЛЕЙ И ПРу)
§ 1» Терминология и основные определения 1
При измерении детали определяют ее размер (диаметр, длину,
толщину и т. п.) в тех или иных единицах длины. В СССР и
громадном большинстве иностранных государств принята метриче¬
ская система мер (единица длины — метр).
В процессе измерения 1) либо сравнивают размер изделия
с известным по размеру образцом или мерой (концевой или
штриховой), определяя отклонение размера изделия от размера
образца,—сравнительный (относительный) метод, 2) либо непо¬
средственно определяют размер изделия на шкале прибора —
метод непосредственного отсчета (абсолютный). К приборам,
основанным на абсолютном методе, относятся штангенциркули,
микрометры, компараторы и т. д. Приборами сравнительными
являются например индикаторы, миниметры, оптиметры.
Эти приборы, применяемые в машиностроении, снабжены
шкалой, разбитой штрихами или отметками на ряд делений
(только в некоторых приборах вместо шкал пользуются счетом
сигналов или условным масштабом).
Ценой деления называется значение измеряемой величины,
соответствующее одному делен*Но шкалы (0,01 мм у микрометра,
0,001 мм у оптиметра). Этот термин надо отделять от
понятия размер деления, выражающего в миллиметрах действитель¬
ное расстояние между штрихами, ограничивающими деление
шкалы.
В некоторых приборах (например интерференционных штанген¬
циркулях) термин цена деления должен быть заменен термином
постоянная прибора, причем у штангенциркулей и прочих инстру¬
1 Вся терминология основана на определениях, стандартизованных
704
ментов с нониусом можно применить термин, укрепившийся
в производственной практике, — точность показания нониуса.
Для того чтобы получить показание прибора, т. е. непосред¬
ственный результат измерения (единичного), нужно цену деления
(постоянную прибора, точность нониуса) умножить на отсчет,
т. е. на число (отвлеченное), прочитанное при измерении
по отсчетному приспособлению (шкале), диаграмме или получен¬
ное путем счета последовательных сигналов или отметок.
Каждый прибор или мтера характеризуется пределом измерения,
ограничивающим обдасть размеров изделий (или их отклонений),
которые можно измерять на данном приборе. В приборах сравни¬
тельного измерения различают предел измерения по шкале
от предела измерения*! прибора в целом. Второй предел опреде¬
ляет габариты изделия, которое- можно поместить на столик
прибора.
Надо учитывать, что иногда в понятия „точность“ и „ошибка“
вкладывают разный смысл, что приводит* к недоразумениям. Сле¬
дует различать: 1) точность меры или измерительного прибора,
2) точность отсчета и 3) точность измерения.
1. Точность меры или прибора оценивается путем указания
пределов наибольшей возможной погрешности (со знаком zt) или
одной из средних погрешностей (чале всего — средней квадра¬
тичной). Погрешность есть отклонение показания меры или при¬
бора' от действительного значения измеряемой величины, т. е.
от такого значения, которое может быть определено образцовыми
мерами или на образцовых приборах. Обычно достаточной харак¬
теристикой точности прибора или меры может служить допусти¬
мая погрешность, т. е. наибольшая погрешность, допускаемая
действующими стандартами (нормами, техническими условиями).
2. Точность отсчета — это та точность, которая достигается
при производстве отсчета на данном приборе (мере). Этой точ¬
ностью может характеризоваться так называемая „точность оценки
на-глаз“, т. е. в долях цены деления. Наилучше^й толщиной
штриха, при котором ошибка отсчета будет наименьшей, можно
считать толщину в 0,1 размера деления шкалы, причем последний
желательно выдерживать в пределах 1,3—1,5 мм (по Бэкстрему).
Опытный наблюдатель при работе на рассматриваемых здесь при¬
борах мОжет без труда достичь точности отсчета в 0,4 цены
деления.
3. Точность измерения зависит от точности меры или при¬
бора, точностй отсчета и от ошибок измерения вследствие откло¬
нения условий работы от нормальных (отклонения температуры
от нормальной 20° С, отклонения от упругих деформаций прибора
или изделия и т. п.). Обычно точность измерения прибора в усло¬
виях производственных лабораторий или цехов ниже точности
прибора.
Главнейшие ошибки, зависящие от условий работы, слег
дующие.
45 Зак. 3730. Справочн. кн. оптихо-механика. 705
а) Ошибка, вносимая отклонением в температуре изделия
я в температуре сравниваемой меры от 20° С, причем эта ошибка
становится тем больше, чем больше разнятся значения коэфициен¬
тов линейного расширения изделия и меры (образца). Колебания
температуры помещения или нагрев изделия в процессе измерения
(хотя бы от тепла рук) приводят к подобным ошибкам.
б) Ошибка вследствие упругих деформаций изделия, меры или
измерительных контактов и корпуса прибора, вызываемых изме¬
рительным давлением прибора или весом меры.
в) Ошибки от перекосов при установке изделия или несовпа¬
дения оси изделия и оси измерения, их непараллельности и т. п.
г) Ошибкй от погрешности касания измерительного контакта
(измерительной поверхности) прибора к поверхности изделия. Эта
ошибка зависит от неровностей (шероховатости) поверхности,
т. е. от качества обработки.
д) Ошибка от неточности при определении поправки нуля
шкалы или номинального значения ^еры.
Кроме этих — обычно систематических ошибок—имеют место
ири измерениях и исследованиях случайные ошибки, учитываемые
по правилам теории случайных ошибок.
§ 2. Концевые плоскопараллельные меры длины
Единство размеров, длины jb машиностроении сохраняется
на основе системы взаимных проверок хранящихся на заводах
и лабораториях плоскопараллельных концевых мер длийы, кратко
называемых измерительными плитками. Измерительные плитки
служат для проверки калибров, приборов, точных изделий. Более
грубые плитки (4-го класса точности) применяются для разметки,
в качестве упоров и подкладок на станках и т. д. В СССР плитки
изготовляются на заводах Красный Инструментальщик (в Ленин¬
граде) и Калибр (в Москве).
Плитки выпускаются в виде наборов, помещаемых в ящик
(рис. 643а). Наборы составлены так, что комбинацией плиток в блок
из 2—4 штук можно получить любой размер до 0,001 мм в ши¬
роких пределах измерения. В табл. 95а приведены стандартные
наборы для указанных выше заводов.
Ящик с набором № 3 изображен на рис. 6436. Для удобства
пользования плитками, собранными в блок, и возможности исполь¬
зовать их для внутренних размеров, разметки, установки на стол
прибора и т. п. применяются державки для плиток, как при¬
надлежность к наборам (также изготовляемые в СССР).
Плитки должны не только удовлетворять требованиям высокой
точности изготовления (см. табл. 956), но и обладать свойством
прилипаемости (для исключения ошибки касания в блоке), быть
твердыми, износоупорными, обладать высокой сопротивляемостью
коррозии и стабильностью размеров во времени (быть искус¬
ственно я состаренными“)*
706
Рис. 643а.
Таблица 95а
Наборы плоскопараллельных концевых мер (по стандарту
Главстанкоинструмента №< 1695)
Размеры плиток мм
Количество
Набор Ль 1 — 83 плитки
1,005
1
с 1,01 с интервалом через 0,01 до 1,49
49
, 1,6 , , „ 0,1 , 1,9
4
• 0,5 „ * , 0,5 * 9,5
19
, Ю * ж . я 10 ,100
10
Набор № 2—38 плиток
1,005
1
с 1,01 с интервалом через 0,01 до 0,09
9
. 1,1 . . » 0,1 „ 1,9
9
П , . .1 »9
9
, 10 „ , , 10 ,100
10
Набор .№ 3 — 9 плиток (микронный)
1,001; 1,002; 1,003; 1,004; 1,005; 1,006; 1,007; 1,008; 1,009;
1 9
Набор N° 4 (дополнительный) ~ 9 плиток
с 0,999 с интервалом через — 0,001 до 0,991 . . . . .
Набор JSfs 5 (дополнительный) — 9 плиток
с 0,99 с интервалом через — 0,01 до 0,91 .
1 »
Набор 6 (дополнительный) — 8 плиток
125; 150; 175; 200; 250; 300; 400; 500;
1 8
Примечание. Допускается комплектование дополнительных на¬
боров путем соединения: наборов № 1 с 3, № 2 с 3, № 3 с 4.
45*
707
Рис. 643ö.
Таблица 956
Допуски на неточность. Изготовление плоскопараллельных конце¬
вых мер длины (по ОСТ 7622 и 8517)
708
срединного
разм.
от плоскопа-
раллельн.
срединного
разм.
от плоскопа-
раллельн.
срединного
разм.
от плоскопа-
раллельн.
срединного
разм.
от плоскопа-
раллельн.
Номинальная длина
плиток
По своему назначению плитки разделяются на образцовые и кон¬
трольные (ОСТ 7622 и 8715). Применение тех и других указано
в табл. 95в.
В настоящее время измерение и сличение концевых калибров
производится главным образом интерференци иными мЬтодамй.
§ 3. Измерение концевых мер интерференционным методом
Ввиду большого распространения точных концевых мер ^пли¬
ток), изготовленных с высокой точностью, порядка 0,1 [X, наиболее
выгодно производить измерения методом сличения, значительно’
упрощающим приборы и методику измерений. При этом необхо¬
димо проверять плоскостность поверхностей, параллельность их »t
расстояние плоскостей (меру).
Наиболее' простой и непосредственный метод заключается
в том, что проверяемая плитка притирается к кварцевой пла-»
Рис. 644.
стинке. Для получения срединного размера (ОСТ) пластинку уста
навливают перпендикулярно к йадающему свету (наклоном
меньше 1j2f можно пренебречь). К той же пластинке притирается,
плитка, с которой произврдится сличение (рис. 644). На обе;
плитки накладывается точная стеклянная или, лучше^ кварцевая
плоскость. Если плитки имеют разную высоту, то образуются
два клина. Получаемые интерференционные полосы равной тол¬
щины (см. гл. И) взаимно смещены. Если расстояние между поло¬
сами нулевого порядка в обеих плитках 5 (равное расстоянию
полос р-го порядка), то 5 будет и расстоянием между верши¬
нами обоих клиньев, измеренным в полосах. Разность толщин h — *
х/2
Угол клина у определяется из sin = где о — расстояние по-
о
лос. Обычно измерения производят в монохроматическом свете*
большей частью зеленом (зеленая гелиевая линия Х = 0,502^).
Если плоскости взаимно непараллельны, то полосы располагаются
наклонно и имеют разную ширину (непараллельность в направле¬
нии длинной стороны). В этом случае берут среднюю полосу на
одной плитке и считают полосы на другой. Однако необходимо
709
Та б л и
Методы проверки й назначение плоско
Категория
концевых
мер
Разряд
Классы точности
Размеры мм
Методы определения дей-
ствитечьных размеров конце¬
вых мер
Допускаем.отклонения
от нормальной темпе¬
ратуры 20° при про¬
верке контрольных мер
Образцо¬
1
0
До 100
Абсолютный метод интер¬
ференции
it 0,1°
вые
Св. 100
Штриховой компаратор
±0,1°
Образцо¬
вые
2
0
о 100
Сличение с образцовыми ме¬
рами 1 разр. относительным
методом интерференции
zt 0,1°
Св. 100
Штриховой компаратор
± 0,1°
Образцо¬
вые
3
1
До 100
Сличение с образцовыми ме¬
рами 2 разр. техническим
методом интерференции
1°
Св. 100
Сличение с образцовыми ме¬
рами 2 разр. на измеритель¬
ной машине
=t0,5ö
Контроль¬
ные
1
До 100
Сличение с образцовыми ме¬
рами 3 разр. техническим
методом интерференции
dt 1°
1
Св. 100
Сличение с образцовыми ме¬
рами 3 разр. на измеритель¬
ной машине
HH 1»
Контроль¬
ные
2
2
До 100
Сличение с контрольными ме¬
рами 1 разр. техническим ме¬
тодом интерференции или на
ультраоптиметре
± 2°
Св. 100
На измерительной машине
2°
Контроль¬
ные
3
3
До 100
Сличение с контрольными ме¬
рами 2 разр. на оптиметре
или на измерительной ма¬
шине
=t 3°
Св. 100
На измерительной машине
±3°
710
да 95в
параллельных концевых мер длины
Допускаемые погреш¬
ности определения дей¬
ствительных размеров
мм
Назначение концевых мер длины
С учетом погрешно¬
стей, указанных в ат¬
тестате
Без учета погреш¬
ностей
±(0,00002 + 0,5-10“ ®1)
Проверка образцовых
мер 2 разр.
—
±0.0002
± (0.00005 4-1 • 10~61)
Проверка образцовых
мер 3 разр.
—
± 0,00025
± (0.0001 -f 2 • 10~6Z.)
Проверка контрольных
мер 3 разр.
—
±(0,0002 + 2-10“ 6£)
±(0,00015 + 2,5-10“ 6£)
Проверка контрольных
мер 2 разр. калибров—
изделий — приборов,
точность которых соот¬
ветствует 1 квалитету
ISA
Проверка калибров—
йзделий—приборов,
точность которых
соответствует 2 и
3 квалитетам ISA
± (0,0003 + 2,5-Ю“6!)
±(0,0002 + 3-10“ 61)
Проверка контрольных
мер 3 разр. и калйб-
ров—изделий—прибо¬
ров, точность которых
соответствует 2 и 3 ква-
литетам ISA
Проверка калибров—
изделий—приборов,
точность которых
соответствует 4 и
5 квалитетам ISA
±(0,0004 + 3-10~6L)
±(0,0006 + 6-10 ~6L)
Проверка калибров —
изделий — приборов,
точность которых соот¬
ветствует 4 и 5 квали-
тетам ISA
Пговерка калибров—
приборов — изделий,
точность которых
соответствует 6 и ни¬
же квалитету ISA
711
считать полосы только одних порядков, поэтому предварительно
надо знать их порядки. Для этого нужно воспользоваться светом,
имеющим ряд спектральных линий (например красную, зеленую и
синюю). Порядки можно сопоставить, следя за чередованием
цветов соседних полос, расположенных по обе стороны полосы
какого-либо цвета. Например оранжевая полоса, соответствующая
определенной толщине клина, отличается от' оранжевой, наблю¬
даемой в другой толщине клина, тем, что последовательность
соседних цветов у них разная. У одинаковых же порядков (со¬
ответствующих одинаковой толщине клина) полосы на обеих
мерительных плоскостях обнаруживают одинаковую последова¬
тельность цветов соседних им полос. Цвета получаются в резуль¬
тате аддитивного смешения цветов; их можно определить и теоре¬
тически. Для оранжевой полосы например имеет ^есто следующая
последовательность, по которой отличают порядки полос.
N°
оранже¬
вой по¬
лосы
Последовательность цветов соседних полос
слева направо
Зеленый Яркозеленый Оранжевый Желтый Красный
(яркий)
Ярко- Желтый Оранжевый Желтый Голубой
зеленый (яркий)
Синий Зеленый Оранжевый Красный Розовый
Розовый Фиолетовый Оранжевый Зеленый Синий
(слабый)
Розовый Красный Оранжевый Яркозеленый Зеленый
(яркий)
Наиболее удобно производить указанные измерения на ком¬
параторе Кёстерса (стр. 699). Необходимо сначала измерить непа-
раллельность плоскостей мер, а затем размер. Для первого вырабо¬
тана специальная методика. Если поверхности отступают от пло¬
скости, то полосы имеют неравномерную ширину. При достаточно
хороших плоскостях пробную пластинку накладывать не следует,
так как она сильно присасывается и полосы могут не обнару¬
житься; поэтому ее следует держать, на некотором расстоянии от
лизмеряемой плоскости (например положить кусочек фольги).
На рис. 645а изображен прибор, позволяющий проверять
весьма большие плоскости. Действие его понятно из рисунка.
Измеряемую плоскость помещают столик Sch, юстируемый во
всех направлениях. Пробная пластинка Р, юстируемая винтами 7\
приближается к измеряемой при действии микрометренного винта 5
до расстояния в 1 мм. Свет от конденсора, отражаясь в призме R,
входит в объектив F и идет в виде параллельного пучка. Интер¬
712
ференционные прлосы наблюдают через окуляр О с диафрагмой В
и призму /?'. Объектив может служить одновременно лупой
(окуляр для полос равного наклона). В В можно расположить
фотографическую камеру. Для устранения отраженного света
пластинку Р делают слегка^клиновидной (угол около 45'), Источ¬
ником света служит ртутная, лампа с фильтром. Для визуальных:
наблюдений берут X =
= 0,546|i, для фотогра¬
фирования \ = 0,436|х. На
этом приборе можно опре¬
делять кривизны с радиу¬
сом до 9 км. При интер¬
ференционных измере¬
ниях приходится делать
поправки на температуру
и на изменение длины
волны света, которая за¬
висит от плотности воз¬
духа (давление атмо¬
сферы) и его влажности.
Кроме того вводят по¬
правки на притираемость,
зависящую от состояния
и формы поверхности,
получаемые из ряда из¬
мерений нескольких пли¬
ток (метод Физико-тех¬
нического института
в Шарлотенбурге). У бо¬
лее длинных пластинок
учитывают также сжатие
от собственного веса,
наконец определяется
и отклонение от плоскости и параллельности сторон. Вообще,
несмотря на простоту интерференционного метода, приходится зна¬
чительно усложнить методику измерений в целях учета всех влияю¬
щих факторов.
Кроме плиток подобными же методами измеряют шарики, ци¬
линдры и пр. Следует отметить один из хороших интерференцион¬
ных способов, имеющих многообразные применения, — способ
интерференционного рычага (рис. 6456). Плитки Ех и В2 при¬
тирают к массивной пластинке А с параллельными поверхностями,
могущей скользить по поверхности В. Рычаг С имеет закруглен¬
ную ножку а\ он качается около двух остриев b, покоящихся на
кронштейне /). Рычаг опускается эксцентриком F; при этом конец
его, в виде с тальной пластинки с хорошей плоскостью (G), при¬
легая к стеклянной пластинке J, покоящейся на втором крон¬
штейне Я, дает интерференционные полосы (необходима юсти¬
713
Рис. 645а.
ровка), которые отсчитываются с точностью 1/10 полосы между
двумя метками^, нанесенными на О. Рычаг последовательно накла¬
дывают на* цлитки Ег и Е2.
Разность высот плиток:
где L — длина рычага, 5 — расстояние между метками, рг и /?2—
число полос между метками для соответствующих плиток, с —
константа прибора. Точность метода главным образом зависит от
точности плоскостей и плоскопараллельности пластинки А•
Методы, основанные на наблюдении полос ра$його наклона,
менее распространены. Иногда пользуются методом смещения
интерференционных полос, например в компараторе Гепеля (Фи*
эико-технинеский институт в Шарлотенбурге). Интерференционной
метод в этом приборе применен для отсчета передвижения
бабки, соприкасающейся с измеряемым стержнем (стержень поме¬
714
Рис. 6456,
щен между обеими бабками). Задняя поверхность бабки имеет
точную плоскость, соприкасающуюся с несколько наклоненной
плоскостью интерференционного приспособления. Передвижение
ее вызывает движение интерференционных полос, образованных
между этими поверхностями.
Иногда применяют призмен¬
ные и решетчатые спектроскопы,
что позволяет наблюдать интер¬
ференционные полосы при разных
длинах волн (интерферометр для
калибров Пратта и Уитней, Пе¬
терса и Байда). Для проверки
мерительных плоскостей микро¬
метров и других приборов при¬
меняют точные пластинки, обычно
круглой формы, точная плоскость
которых прикладывается к ме¬
рительной плоскости. По форме интерференционных полос судят
о качестве плоскости.
Для проверки параллельности обеих мерительных плоскостей,
а также их расстояния при разных показаниях микрометра на
шкале, пользуются круглыми плоскопараллельными стеклянными
пластинками, зажимаемыми между мерительными плоскостями.
По виду интерференционных полос (отсутствие или наличие клина)
судят о степени параллельности поверхностей, которую можно
измерить по количеству полос. Такие пластинки, имеющие точные
толщины, изготовляются в виде наборов и служат одновременно
для проверки шага винта микрометра (рис. 645в).
§ 4. Приборы, построенные на прйнципе шкалы с нониусом
Эти приборы служат для линейных измерений абсолютным ме¬
тодом. Основным конструктивным признакам их является наличие
п-
Рис. 646.
линейки со шкалой. Отсчет по шкале производится подвижной
губкой на рамке от какой-либо неподвижной опорной пло¬
щадки.
Рис. 645в.
715
К этим приборам относятся:
Наименование
Пределы
измерения
мм
Пределы изме¬
рения по шка¬
ле мм
Точность по¬
казания нониу¬
са (постоянная
прибора) мм
Допустимая погрешность
мм
1. Штанген¬
циркуль с одно¬
сторонними и
двусторонними
губками
Наружн.
измер.:
0—1000
Внутр.
измер.:
• 0—1000
и от 6—8
до 1000
0—1000
0,1
0,05
0,02
Верхний предел измерения
до 300 500 1000
it ОД it 0,1 di 0,1
it 0,05 it 0,05 it 0,05
it 0,02 it 0,03 it 0,04
2. Штанген-
глубиномер
0—150 и
до 500
0—100 и
до 200
0—150 и
до 500
0—100 и
до 200
0,1
0,05
0,02
Верхний предел измерения
до 200 300 500
it 0,1 it 0,1 it 0,15
it 0,05 it 0,05 —
it 0,02 — —
3. Специаль¬
ные штан гей-
циркули
—
—
—
— —
1. Штангенциркуль (рис. 646) служит для измерения диамет¬
ров и длин, а также может быть использован для разметки. Он
состоит из металлической линейки 1 с нанесенной на ней шкалой.
На одном конце линейки неподвижно укреплена губка 2, снабжен¬
ная в зависимости от назначения прибора опорной площадкой,
острием или цилиндрической поверхностью. Другая губка, имею¬
щая соответствующие опорные площадки, составляет одно целое
с рамкой 4, двигающейся вдоль линейки. На рамке помещается
нониус 5. Для точного перемещения губки рамки служат спе¬
циальные устройства, как например микрометренный винт 6 с до¬
бавочной рамкой (хомутиком) 3, фрикционное устройство или червяк.
При внутренних измерениях наружными, поверхностями губок
наименьшим пределом измерения является размер сложенных вме¬
сте губок. 'При отсчете по шкале в этом случае необходимо
к показанию прибавить эту величину, которая обычно выгравиро¬
вана на нерабочей поверхности ножек.
В СССР штангенциркули и другие подобные инструменты
изготовляются заводами Главстанкоинструмента: им. Воскова (Се-
716
ч:трорецк), Калибр и Красный Инструментальщик. Главстанкоин-
струмент выпускает штангенциркули следующих типов.
а) С метрической и дюймовой шкалой с точностью показания
нониуса 0,02 и 0,001" для измерения до 125, 175, 300, 600,
800 и 1000 мм. Для размеров свыше 1000 и до 2000 мм штан¬
генциркули изготовляются по особому заказу (завод им. Воскова).
б) То же, с точностью показания нониуса 0,1 и 0,05 мм для
измерений до 200 и до 300 мм (завод Калибр).
2. Штангенглубиномер служит для измерений глубин отвер¬
стий канавок и т. п. Он состоит из линейки, по которой сколь¬
зит рамка с поперечиной (траверсой), имекмДей опорную поверх¬
ность, и с нониусом. По номенклатуре Главстанкоинструмента
изготовляются штангенглубиномеры для измерений до 200 мм с
отсчетом по нониусу 0,02, 0,05 и 0V,1 мм, для измерений до 300 мм
с отсчетом 0,05 и 0,1 мм, для измерений до 500 мм с отсчетом 0,1 мм.
Существуют глубиномеры с линейкой, которая может пере¬
ставляться под некоторым углом к вертикальной плоскости, при¬
чем поправка на отсчет делается автоматически благодаря свое¬
образной конструкции нониуса. Для грубых измерений с точностью
измерения ло 0,1 мм могут служить глубиномеры в комбинации
со штангенциркулем, типа Перфект Главстанкоинструмента,
3. Штангенрейсмасс служит главным образом для точной раз¬
метки и проверки на плите и в сборке. В отличие от штанген¬
циркуля одна из губок заменена массивным основанием, подвиж¬
ная губка рамки снабжена сменными чертилками, служащими для
измерения и разметки в различных случаях. Основание может
быть заменено специальной пластинкой, которая позволяет исполь¬
зовать прибор как обычный штангенциркуль.
Штангенрейсмассы изготовляются со шкалой в 190 мм для
этого же предела измерения. Точность показаний нониуса —
0,02 мм. Точность измерения ±0,02 мм.
4. Штангензубомеры Главстанкоинструмента служат для изме¬
рения зубцов шестерен для модулей от 1 до 18 и от 5 до 35.
Точность показаний по нониусу равна 0,02 мм. Допустимая по¬
грешность установлена в ± 0,02 мм.
§ 5. Приборы с микрометренным винтом
Приборы с микрометренным винтом служат для абсолютных
измерений контактным методом. Микрометренный механизм, в прин¬
ципе одинаковый у всех приборов, основан на использовании
передвижения винта с мелким шагом (обычно 0,5 мм). Один
оборот винта равен шагу. Конструкция механизма дает возмож¬
ность учитывать передвижение винта также и в долях оборота от
1/25 до 1/б0. Таким образом цена деления шкалы прибора равняется
0,02 или 0,01 мм.
По конструкции и целевому назначению различаются следую¬
щие приборы:
717
Наименование
Пределы изме¬
рения мм
Пределы изме¬
рения по шка¬
ле мм
Цена деления
шкалы мм
Допустимая погрешность
Верхний
Классы
предел изме¬
Л
I ;
[ TI
рения мм
0
1 1
1 11
1. Микрометры
Нижний: 0
0—25
0,02 и
до 100
±2
± 4
-н S
Верхний:
0,01
, 150
±2,5
±5
±10
25—1000
„ 200
m3
±6
±12
17 размеров
, 300
±3,5
±7
±14
я 400
±4
±8
±16
, 500
± 5
±10
±20
„ 600
±6
±12
±~?4
, 700
±7
±14
-4-28
* 800
±8
±16
±32
, 900
±9
±18
±36
* 1000
±10
±20
±40
1
кл.
2 кл.
2. Штихмассы
Нижний: 50
0—25
0,01
до 100
—н
4
± 8
микрометрен-
Верхний:
, 150
5
±10
ные
до 1500
„ 200
нн
6
±12
„ 800
: 7
±14
, 400
: 8
±16
, 500
-+-
: 10
±20
. 600
—h
: 12
±24
„ 700
н-
: 14
±28
* 800
Чг
: 16
±32
„ 900
: 18
±36
* юоо
: 20
±40
„ поо
-f-
: 22
±44
„ 1200
±24 ^
±48
„ 1300
26
±52
* 1400
±28
± 56
* 1500
н-
30
±60
1
кл.
2 кл.
3. Микрометр-
Нижний: 0
0—25
0,02 и
до 50, 100
±4
± 8
глубиномер
Верхние:
0,01
5
±10
до 50, 100
4. Специальные
микрометры:
а) с чувстви¬
тельным рыча¬
гом
б) для изме¬
рения листово¬
го материала
в) для измере¬
ния стенок
труб и т. д.
718
1. Микрометры служат для измерений длин, наружных диа¬
метров и пр. Измеряемый предмет помещается между неподвижной
опорной поверхностью пятки и торцом микрометренного винта.
Пятка связана скобой с микрометренной головкой. Конструкция
скобы должна быть достаточно прочной, чтобы противостоять
измерительному давлению, достигающему 1200 г при средних
значениях от 500 до 900 г. Технические условия на микрометры
даны в ОСТ 8106. Микрометренная головка (рис. 647) состоит
из гайки, находящейся в теле скобы /, и микрометренного
винта. Одно целое с винтом составляет барабан-рукоятка 5, который
при ввинчивании винта находит на цилиндрическую трубку, скобы.
На трубке нанесена шкала 4, определяющая расстояние торца
винта 3 от пятки 2.
Для нормализации измерительного давления служит трещотка 6*,
являющаяся продолжением барабана-рукоятки.
Микрометром можно работать и сравнительным методом, т. е.
как скобой. Для этой цели для закрепления винта служит специ¬
альное стопорное кольцо 7.
2. Штихмасс микрометренный служит для внутренних измере¬
ний (диаметров, расстояний между выступами и т. д.). Он состоит
из микрометренной головки с двумя измерительными поверхностями:
одной является торцевая поверхность гайки, другой — барабана
рукоятки. Наименьшая длина измерения выгравирована на бара¬
бане и обычно равна 50 мм. Для измерения длин, выходящих
за пределы шкалы головки, служат Ъпециальные вставки (стержни),
наставляемые на конец головки. Комбинация стержней дает воз¬
можность измерять длины до 1500 мм. Измерительные поверх¬
ности обрабатываются по сфере. Технические условия на микро-
метренные штихмассы даны в ОСТ 8108.
Для измерения малых размеров служат телескопические штих¬
массы. Они состоят из двух измерительных стержней, входящих
один в другой. Раздвижение регулируется микрометренным винтом,
проходящим сквозь рукоятку штихмасса.
719
Рис. 647.
Главстанкоинструмент выпус/сает штихмассы трех размеров для
измерений диаметров от 12 до 18, от 18 до 30 и от 30 до 50мм.
3. Микрометр-глубиномер состоит из микрометренной го¬
ловки и поперечной линейки (траверсы) с опорной площадкой
вместо скобы обычного микрометра. Шкалы головки имеют на¬
правление, обратное шкалам обычных микрометров, так как начало
шкалы (нуль) определяется положением, когда измерительная
поверхность винта совпадает с опорной плоскостью.
4. Специальные микрометры. Микрометр-толщиномер служит
для измерения листов. Для этой цели скоба его сделана с весьма
глубоким вырезом. Микрометр для измерения стенок труб
в принципе не отличается от микрометра-толщиномера; измери¬
тельные поверхности его очень малы или выполнены по сфере.
Особую группу составляют микрометры, с чувствительным
рычагом (индикатором). Конструкция предусматривает помещение
вместо неподвижной пятки измерительнбго штифта индикатора или
подвижной пятки, связанной рычажной передачей со стрелкой
указателя. Это приспособление дает возможность использовать
микрометр для измерений относительным методом с большой точ¬
ностью, достигающей ± 0,002 мм.
К микрометра^ могут быть предусмотрены специальные при¬
способления в виде наконечников, дающих возможность исполь¬
зовать прибор для измерения средних диаметров резьб (см. § 9).
§ 6. Приборы с чувствительным рычагом
Эти приборы служат для относительных измерений. Отклонение
от номинального размера отмечается указателем, действующим от
какой-либо системы механического рычага или
зубчатых колес и рейки.
К этой группе относятся приборы, указан¬
ные в таблице на стр. 721.
1. Индикаторы. Индикатор (рис. 648) со¬
стоит из корпуса /, сквозь который проходит
измерительный штифт 2. Через систему рычагов,
рейку и зубчатое колесо движение штифта
передается указателю-стрелке 4. Индикатор
имеет круговую шкалу 3. Чаще всего один
оборот стрелки соответствует 1 мм пере¬
движения штифта. Щкала разбита на 100
делений, таким образом цена деления равняется
0,01 мм. Наибольший ход штифта равен 10 мм.
Для регистрации целых оборотов указателя
иногда устанавливают дополнительную стрелку 5.
Весь циферблат имеет свободное вращение для установки указа¬
теля иа нуль.
Для разных целей индикаторы употребляются с различными
приспособлениями, в виде стоек, державок и пр. Существуют
720
Рис. 648.
Стойки для проверки точности станков, приспособления в виде
двуплечего рычага для проверки цилиндричности внутренних
расточек, стойки для проверки правильности заточки фрез и т. п.
Как уже упоминалось выше, индикаторы применяются в комбина¬
ции с микрометром, а также с обыкновенными скобами, в особен¬
ности, при больших размерах, и служат для контроля отклонений.
Наимено¬
вание
Пределы
измерения
мм
Пределы
измерения
шкалы
мм
Цена деле-
1 ния шкалы
мм
Допустимые погреш¬
ности |Х
Предел
измерения
мм
В пределах
всего интер¬
вала измере¬
ния
1. Индика¬
торы . .
2. Мини¬
метр . .
3. Микро-
таст . . .
4. Ортотест
5. Пасса-
метр . .
6. Пасси-
метр . .
7. Разные
приборы .
Наружн.
измер.:
6-1000
Внутр.
измер.:
6-150
На штати¬
ве Л= 180
6—120
120—150
11—120
10
0,02-0,6 <
0,02-0,2 |
± 0,1
от ±0,08
до it 0,17
от it 0,06
до it 2,2
0,01
0,001
0,002
0,005
0,01
0,001
0,002
0,005
0,01
0,02
0,001
0,002
0,005
0,002
0,01
1 0-5
} 0-10
При цене
(0,001 0,0
it 0,5 it
Среди
Средняя т<
длин
от It
1
1 кл. 2 кл. 3 кл.
itlO ±20 ±30
±15 ±25 ±40
деления шкалы
мм
02 0,005 0,01
: 1 ±2 ±2,5
яя точность
±1,5
±1,0
эчность на всю
у шкалы
2 до ± 5
±8
2. Миниметры. Продольное перемещение измерительного штифта
2 (рис. 649) в последних моделях миниметра Цейсса передается
двуплечему рычагу, более длинное плечо которого, выполненное
в виде зубчатого сегмента, передает вращение трибке оси указа¬
теля. Прибор имеет неполную двустороннюю круговую шкалу
3—4. В других конструкциях передача на указатель осуществляется
без применения шестеренки. Допуски устанавливаются передвиж¬
ными индексами 5.
По величине шкалы, т. е. по пределам измерения, согласно
стандарту Главстанкоинструмента миниметры делятся на узко-
шкальные и широкошкальные (см. /). По цене деления шкалы
разделяются на четыре типа (I—IV) (см. таблицу на стр. 722),
46 Вак. 3780. Справочн. кн. оптико-механика, 721
Характеристика
Узкошкальные
Широкошкальные
I
I
III
IV
I
II
III
IV
Цена деления, мм
Пределы измере-
. ния, мм ....
0,01
0,2
0,005
0,1
0,002
0,04
0,001
0,02
0,01
0,6
0,005
0,3
0,002
0,12
0,001
0,06
Миниметры употребляются с различными стойками и приспо¬
соблениями, позволяющими производить различные проверки отно¬
сительным методом. Главстанкоинструмёнт приступил к изгото¬
влению миниметров с ценой деления в 0,001 и 0,002 мм.
Рис. 649.
3. Микротаст фирмы Цейсс отличается от миниметра несколько
иной конструкцией механического рычага.
Микротасты снабжаются специальными насадками для измерения
наружных и внутренних диаметров.
Насадки для наружных измерений имеют вид скобы со щеками*
которые устанавливаются на различные диаметры. Между щеками
находится вертикальный рычаг, передающий давление измеритель¬
ному штифту микротаста. Нормально скобы изготовляются для
размеров 6—10, 10—25, 25—45, 45—80 и 80—120 мм. По
особому заказу изготовляются скобы для диаметров от 120 до
1000 мм.
Насадки для внутренних измерений представляют собой диски
с четырьмя точками касания по окружности, которые центрируют
722
диск в отверстии. Одна из точек выполнена в виде рычага и
передает движение измерительному штифту микротаста.
С целью расширения пределов использования дисков для внут¬
ренних измерений предусмотрены специальные сменные наконечники
к ним.
Для точных измерений имеются следующие диски и наконеч¬
ники.
Пределы измере¬
ний дисками
мм
Количество
сменных нако¬
нечников
Пределы измере¬
ний дисками
мм
Количество смен¬
ных наконеч¬
ников
7-11
5
35-58
13
12-16
5
60-98
16
17—24
8
100—150
11
25—34 >
8
Для более грубых измерений служат насадки следующих раз¬
меров:
Пределы из¬
мерений
дисками
мм
Количество
сменных на¬
конечников
20-26
3
26—35
3
35-55
4
55—105
5
Для измерения глубоких отверстий служат специальные стерж-
ни-удлинители.
4. Ортотест фирмы Цейсс (рис. 650) отличается от выше
приведенных приборов величиной шкалы, равной приблизительна
половине окружности. Отсчет по шкале, равный 0,001 мм, произ¬
водится весьма легко. Поэтому ортотест употребляется для точных
измерений. Для этой цели прибор снабжается столом и приспо¬
соблениями, дающими возможность производить наружные и внут¬
ренние измерения, как на оптиметре.
5. Пассаметры (рис. 651) состоят из скобы с двумя измери¬
тельными губками. Одна губка устанавливается на нужный размер*
другая, связанная рычажным механизмом с указателем, указывает
отклонения измеряемой детали от номинала. Скоба снабжена
стопорным винтом для закрепления устанавливающейся губки и
арретиром для отвода измерительной губки. Пассаметры соста¬
вляют следующий набор, указанный в таблице на стр. 724.
Главстанкоинструмент приступил к изготовлению пассаметроа
для размеров 0—18 и 18—40 мм.
46* 723
в. Пассиыетры по существу мало отличаются от микротастов
с насадками для внутренних измерений. Измерительный штифт
Рис. 651.
Пределы
измерения
мм
Пределы измере¬
ния шкалы
мм
Цена деления
шкалы
мм
Средняя точность
шкалы 9 пределах
0—18
18—40
± 0,08
0,С02
±2
40-65
65—90
90—120
± 5
120—150
±0,17
0,005
724
Рис. 650.
насадки передает движение указателю помощью рычага, располо¬
женного в цилиндрической части прибора.
Комбинация насадок и сменных наконечников, как у микро-
тастов, дает следующие пределы измерение для пассиметров:
Пределы
изйерения
мм
Г лубийа
измерения
мм
Пределы из¬
мерения шкалы
мм
Цена деле¬
ния шкалы
мм
Средняя точ¬
ность в пре¬
дела! шкалы
f*
11-18
18—30
до 50
. 90
±0,06
0,002
±8
30—50
50-80
90—120
до 130
„ 175
, 210
±0,15
±0,2
±2,2
0,01
7. Разные приборы. К этой группе приборов относится при-
бор фирмы Карл Мар для измерения отверстий. Он состоит из
индикатора, основной трубки разной длины с рычажной передачей
и поперечной трубки, играющей роль насадки в микротасте или
пассиметре. В поперечную трубку вставляются сменные стержни,
дающие возможность расширить пределы измерений насадок.
Для измерения малых отверстий имеется набор из 5 разме¬
ров:
Пределы измерения,
мм
10-11
11-12,5
12,5-14
14-16
16—17
Наибольшая глубина
измерения, мм . . .
50
50
50
50
50
Для больших диаметров служит набор из 6 размеров:
Пределы изме¬
рения, мм
18—35
35-50
50—100
100—160
160—250
250—400
Наибольшая
глубина изме¬
рения, мм • .
170
200
250
300
400
500
По особому заказу фирма изготовляет приборы и для других
глубин измерения.
Точность прибора находится в пределах тЬчности индикатора.
725
§ 7. Приборы с оптическим рычагом
Описанные выйКе приборы либо снабжены микрометренным
мерительным винтом либо построены , на принципе механического
рычага. Ошибки винта, неодинаковость нажимного усилия в этих
приборах создают условия для ряда ошибок при измерении, для
устранения которых предназначены приборы, построенные на
принципе оптического рычага.
Наименование прибора
Предельные
размеры из¬
меряемых
изделий
мм
Цена деле¬
ния шкалы
мм
Отсчет на-
глаз [х
Метод из¬
мерения
Предел из¬
мерений по
шкале мм
1. Оптиметр горизон¬
Сравни¬
тальный
350
0,001
0,25
тельный
±0,100
2. Оптиметр верти¬
*
кальный
150
0,001
0,25
То же
±0,100
3. Ультраоптиметр . .
200
0,0002
0,02
То же
±0,083
4. Микролюкс ....
150
0,001
1,0
То же
±0,100
5. Оптотест
150
0,001
1.0
То же
±0,100
6. Оптический инди¬
катор Эдена ....
—
—
—
—
—.
7. Оптический рычаг
Дэя ««••••...
Некоторые части этих приборов входят как элементы в спе¬
циальные большие лабораторные установки (например головка
оптиметра, оптический индикатор Эдена, оптический рычаг Дэя),
большинство же их составляет в настоящее время цеховые кон¬
трольные приборы, обычные для всякого культурного завода.
Изготовление оптиметров поставлено и на советских заводах
(ВООМП).
1. Оптиметры предназначены главным образом для обмера
относительным методом гладких изделий (калибров и пр.)* Осно¬
вная часть оптиметра — головка (рис. 652а) представляет собой
автоколлимационную систему, расположенную в вертикальном
и горизонтальном коленах головки и состоящую из двухстот
ронней шкалы, освещаемой сбоку, прямоугольной призмы,
объектива, плоского зеркала и окуляра. Контактный штифт головки,
соприкасаясь с измеряемым объектом, наклоняет зеркало системы,
благодаря чему изображение шкалы перемещается в поле зрения
окуляра. Перемещение отсчитывается помощью неподвижного ин¬
декса. Цена деления шкалы —1 ja; пределы измерений ±0,1 мм.
Возможный отсчет на-глаз (точность) ± 0,25 [i*.
Эта головка применена в горизонтальном и-в вертикальном
оптиметрах, отличающихся только типом штатива и предметного
столика.
726
Столик вертикального оптиметра, изготовленный из закален¬
ной стали с отполированной поверхностью, имеет микрометренную
установку. Головка с муфтой перемещается по колонке штатива
от-руки. Расстояние между упорным штифтом головки и поверх¬
ностью стола устанавливается предварительно по эталону, так
чтобы нуль шкалы совпадал с индексом. Вставляя вместо эталона
измеряемый объект, определяют отклонения от номинала в преде¬
лах ± 0,1 мм.
Сменные агатовые наконечники мерительного штифта имеют
различную форму в зависимости от рода измеряемого объекта.
Дополнительные принадлежности к столику облегчают промер
объектов разных видов (проволоки, шарики, концевыё плитки).
Имеется приспособление, позволяющее делать и внутренние об¬
меры.
Кроме визуального наблюдения возможно проектирование изо¬
бражения шкалы на экран, помещенный в конусообразной трубке,
надеваемой на окуляр.
Ввиду большой простоты обращения с ним прибор может
служить для массового контроля изделий (калибров) размером
до 150 мм диаметром и до 180 мм высотой.
Штатив горизонтального оптиметра (рис. 6526 и в) отли¬
чается большой устойчивостью (большей величиной) и оформлен
в виде основной плиты, содержащей в верхней своей части муфту,
в которой закреплены два кронштейна: один — для упорного
штифта, другой — для головки оптиметра с мерительным штифтом.
Рис. 652а
727
Вертикальное перемещение столика производится кремальерой.
Наибольший размер измеряемого изделия по диаметру —350 мм;
подъем предметного столика — до 86 мм. Имеется специальное
приспособление (скобы) для промера внутренних диаметров, пла¬
шек, плиток и пр. Предусмотрено также приспособление для
проекции.
2. Ультраоптиметр (рис. 653а и б) построен на принципе
тройного отражения от двух
зеркал (рис. 653а): одного—
неподвижного, другого —
наклоняющегося меритель¬
ным штифтом головки опти¬
метра. От подвижного зер¬
кала свет отражается дважды,
в силу чего чувствитель¬
ность прибора (угол откло¬
нения луча) повышается
вдвое по сравнению с обыч¬
ным оптиметром. На рис.
653а: 1 — коллектив для
освещения шкалы 2, нахо¬
дящейся в фокальной плос¬
кости объектива 3 (колли¬
матор); 4 — наклоняющееся
зеркало; 5 — неподвижное
зеркало; 6 — объектив зри¬
тельной трубы; 7 — плос¬
кость изображения шкалы;
8 — окуляр.
Непосредственный отсчет
в приборе — до 0,2 пре¬
делы измерений по шкале —
0,083 мм. Предельная вы¬
сота объекта измерения —
200 мм. Столь высокая чув¬
ствительность прибора тре¬
бует особых предохранительных мер (стеклянные экраны) от нагре¬
вания телом наблюдателя. Высокая точность требует особого
навыка, почему прибор может применяться только в лабораторных
условиях.
3. Микролюкс (Фриц Вернер) (рис. 654а и б)—цеховой при¬
бор для массового контроля линейных размеров методом сравнения
с эталоном. Из схемы рио, 654а видно, что механический рычаг
имеет на длинном своем плече сферическое зеркало, дающее дей¬
ствительное изображение освещенного лампочкой кружка на мато¬
вом дугообразном стекле прибора; следовательно угол отклонения
механического рычага увеличивается вдвое. Общее отношение
перемещений знака и измеряемого штифта составляет 1000. На
728
Рис. 652в.
Рис. 6536.
Рис. 653а.
654а,
Рис. 6546.
матовом стекле имеются переставные индексы пределов отклонений
(допусков) от эталона.
Прибор допускает промер изделий до 50 мм. С помощью
дополнительного приспособления предельный размер можно до¬
вести до 500 мм.
Для измерения овальности круглых предметов, промера тонких
проволочек, плиток и бумаги имеются специальные приспособле¬
ния к столику прибора. Установка и обращение с прибором не
требуют специальной подготовки работника.
Приборов подобного рода имеется много, например оптотест
Цейсса, изготовление которого впрочем фирмой прекращено.
4. Оптический индикатор Эдена, примененный в установке
английской Национальной метрологической лаборатории, построен,
как и ультраоптиметр, на принципе тройного отражения от двух
зеркал.
5. Оптический рычаг Дэя применен в английском приборе
для определения толщины слюды с точностью до 0,1 \ь.
§ 8. Компараторы
Измерение длин абсолютным методом или методом сличения
двух мер производится на приборах, называемых компараторами.
Существуют три метода измерений: 1) измерение расстояния между
двумя отметками и подразделений этогр расстояния (штриховые меры);
2) измерение расстояния между концами (концевые меры) и 3) из¬
мерение расстояния отметки от упорного конца.
Наводка на отметку (штрих) осуществляется через микроскоп,
обычно снабженный винтовым микрометром. Отсчет длины произ¬
водится либо непосредственно на барабане микрометренного вин¬
тового приспособления либо им же с дополнительным отсчетом
на барабане микрометренного окуляра микроскопа. Последнее
чаще всего применяют при сличении мер.
При весьма точных измерениях длин необходимо соблюдение
многих условий и учет ряда источников ошибок. При абсолютном
измерении эталонов с предельной (для данного времени) точностью
приходится исследовать большое количество физических факторов,
затрачивая много времени. При этом пользуются различными ме¬
тодами. При сличении эталонов применяют компараторы несколь¬
ких типов.
Компараторы делят на поперечные (трансверсальные) и про¬
дольные (лонгитудинальные). Первыми главным образом пользуются
для сравнения прототипов эталонов; точность измерения для них
должна быть не менее 0,1 ja. При этом чаще всего применяют
субтрактивный метод (метод подмена). Все части компаратора
должны быть установлены весьма точно и сохранять полную не¬
изменность, движения должны быть точно прямолинейными, угол
не должен меняться. В продольных компараторах измеряемые меры
неподвижны, а пара микроскопов, соединенных одной станиной,
731
перемещается от одной меры к другой. Происходящие при этом
механические изменения вызывают погрешности не менее 0,4 \х.
Направляющие салазок движения должны иметь точность до 0,1 у»,
что практически недостижимо.
В поперечных компараторах, где передвигается на роликах вся
станина, несущая меры (обыкновенно ванна с дестиллированной
водой), ошибки меньше. Передвижение, вызывающее перекос
(боковой или по высоте), не должно быть более 0,45 мм при
длине измеряемой линейки в 1 м или более 0,14 мм при длйне
Рис. 655а.
в 10 см. Эти условия значительно легче выполнить. Кроме того
ряд других перемещений (например наклон к оси микроскопа)
вызывает (меньшие) погрешности в результатах измерений. Важней¬
шее влияние имеет температура частей машины. Большую роль
играет правильное освещение мер, тонкость и ясность их штрихов.
Измерение концевых мер (плиток) на компараторах может быть
произведено рядом методов, однако в настоящее время пользуются
исключительно интерференционным методом (см. ниже) ввиду его
огромных преимуществ.
На рис. 655а изображен служащий для измерения эталонов ком¬
паратор Женевского общества физических приборов, применяемый
Национальной физической лабораторией в Тедингтоне. Две гори¬
зонтальные балки установлены в ванне с двойными стенками*
наполненной дестиллированной водой. Меры укладываются на ро¬
ликовые опоры. Два микроскопа установлены на постоянном рас¬
стоянии на двух массивных кронштейнах, скрепленных брусом.
732
Ванна перемещается поперечно на роликах по столу компаратора,
и таким образом под микроскопы по очереди подводятся обе меры.
Вода размешивается во внутренней и внешней ваннах насосами,
действующими от моторов. Микрометренными винтами мера уста¬
навливается своими отметками под двойные штрихи микроскопа,
видимые в окуляр. Освещение мер — через микроскоп. Отсчеты
производятся на барабанах микроскопов. Несмотря на поддержи¬
ваемую постоянную температуру в ванне, необходимо вводить
поправки на расширение мер, предварительно определив их коэфи-
циент расширения, что делается на специальном или на том же
компараторе.
В других компараторах меры располагаются в воздухе, но
помещение тщательно изолировано, наблюдатели находятся вне его.
Рис. 6556.
Имеются сложные устройства для поддержания постоянной темпе¬
ратуры. На рис. 6556 изображен такой компаратор системы Тэт-
тона. 1 В нем предусмотрено также измерение (сличение) интер¬
ференционным методом.
Первичные эталоны не имеют подразделений между отметками,
которые делаются на вторичных эталонах и проверяются на ком¬
параторах типа, изображенного на рис. 655а. Главное отличие его
в том, что микроскопы могут быть установлены на любом рас¬
стоянии друг от друга и потому можно сличать любые подраз¬
деления меры.
Абсолютное измерение мер (эталонов) производят разными
методами. В последнее время приобретает интерес метод сличения
с длиной волны монохроматического света по Майкель-
1 Phil. Trans. А, 210, 1910.
733
сону. Эти измерения производились многократно над международ¬
ными эталонами Бенуа, Фабри и Перо. Последние два ввели до¬
полнительный интерференционный компенсатор, чем повысили
точность измерений. Самые поздние измерения этим методом при¬
надлежат японцам на приборах А. Хильгера. 1 Разница измерений
эталонного метра у указанных исследователей всего одна пятнад¬
цатимиллионная. 1 метр = 1 553 164,47 \R) где = 0,64384683^
(кадмиевая линия).
Возможность точного измерения эталона приводит к наличию
некоторой постоянной меры, на которой можно сделать подходя¬
щие подразделения. Возможность точного нанесения и измерения
этих подразделений, а также возможная точность сличения их
с измеряемой длиной определяют точность конечного результату
измерения. Применение световых волн в качестве меры дает не¬
оценимые удобства не только в отношении установления длины
эталона, но и в отношении возможности иметь точную световую
шкалу с мельчайшими подразделениями, помощью которой можно
непосредственно мерить любые величины порядков от миллионных
долей миллиметров до десятков метров [80 м были измерены Вай-
сяля (Гельсингфорс) в 1923 г.]. Эти свойства, связанные со сра¬
внительной простотой измерительных средств (для технических
целей), привели к широкому' распространению интерференционного
метода в измерительной практике (см. гл. XXIII).
Для измерения концевых калибров l-го класса имеют немалое
распространение приборы, основанные на принципе механического
и оптического рычагов по методу сравнения, измеряющие откло¬
нения от номинала, которые для концевых калибров не превышают
нескольких микронов. Точность измерения доходит до сотых долей
микрона* Эти приборы, носящие также название компараторов,
имеют различные устройства.
Компаратор Эдена, в котором измеряемые предметы поме¬
щаются между двумя контактными поверхностями в виде шариков
(на одной — один шарик, на другой — три, расположенные в виде
треугольника). Индикатор, образованный помощью двух тоненьких
изгибаемых пластинок и легкой трубчатой стрелки, увеличивает
отклонение мерительных плит в 350 и более раз; оптическое проекци¬
онное приспособление увеличивает его еще в 50 раз. На шкале
отклонение в 0,1 ^ изображается в виде 2 мм. Точность измере¬
ния— около 0,2 [л.
Компаратор Сирса (Национальная" физическая лаборатория
в Лондоне) представляет изменение предыдущего; контактные пла¬
стины — плоские; имеются существенные конструктивные изменения*
Точность — того же порядка.
Компаратор Брукса основан на применении точного спирто¬
вого уровня, устанавливаемого на два калибра (эталонный и из¬
меряемый). Теоретическая точность — порядка 0,02 ц, однако ряд
1 Proc. Imp. Acad. Tokyo, 350, 1928.
734
условий понижает ее до величины, соответствующей предыдущим
компараторам.
Эталонные калибры 2-го класса, измеряемые обычно с точ¬
ностью порядка 0,25 {х, мерятся на концевых машинах. Суще¬
ственные части этих машин — солидная станина, передняя бабка с ми-'
крометренным винтом (точность — около 0,25 ja), задняя бабка с кон*
тактным наконечником. Обе бабки обычно передвигаются по точным
направляющим станины, иногда на шариках. Контактные штифты
должны иметь совершенно плоские, взаимно параллельные и пер¬
пендикулярные стальные плоскости. Для постоянства нажима кон^
тактных поверхностей на измеряемый предмет приспособлен инди¬
катор, действие которого основано либо на механическом, либо«
на оптическом, либо на электрическом принципе.
Важно пользоваться всегда одной и той же частью измери¬
тельного микрометренного винта, чтобы устранить прогрессивные
и периодические его ошибки. Для этого включают дополнительные
плиточные и концевые калибры, помощью которых измеряемый
объект удлиняют до принятой величины, в силу чего измерять
приходится лишь небольшую величину (несколько десятых мик¬
рона), требующую только нескольких поворотов винта*
Точность измерений (кроме винта) зависит от качества выпол¬
нения машины (направляющие, параллельность поверхностей
и пр») и кроме того от температуры. Контактные поверхности
проверяются обычно интерференционным методом (пробные
стекла).
В мерительных машинах другого типа эталоном для сравнения
служит калиброванная шкала, чаще всего помещаемая на подвиж¬
ной каретке; отсчет на шкале производится помощью микроскопа*
укрепленного на неподвижном кронштейне. Шкалу обычно делают
из инвара для избежания ошибок от изменения температуры*
В некоторых машинах шкала расположена на станине машины*
а микроскоп укреплен на подвижной задней бабке. В этом случае
шкалу надо калибровать на самой машине помощью эталонов*
так как движение бабки не абсолютно точно. Однако последую¬
щие деформации могут изменять результат. При таком располо¬
жении (шкала не на уровне измерений) повышаются требования
к машине, в частности к поверхности ее станины.
Материалы, из которых изготовляются части машины, должны
быть хорошо выдержаны (старение). Большое влияние имеет также
конструкция передней и задней бабок. В некоторых машинах
с успехом применяются индикаторы для регулировки нажима на
измеряемый предмет (машины Рида, Викмана). Имеется и ряд дру¬
гих существенных приспособлений.
Точность этих машин — обычно около 1 {х.
Концевые мерительные машины являются такими же мери^
тельными машинами, как и предыдущие. Измерения производятся
как по шкале, укрепленной на станине, ,так и помощью микро¬
метренного винта бабки.
735
В машине Пратт и Уитней (американского типа) с преде¬
лами измерения до 48" микрометренная бабка помещена слепа и
на ней установлю микроскоп, наведенный на шкалу, укрепленную
на^ станине. Задняя бабка снабжена индикатором.
Шпиндель микрометренного винта (передней бабки) регули¬
руется тангенциальным винтом. Винт корригируется компенсацион¬
ной (корректирующей шаг) пластинкой. Благодаря этому на длине
25 мм ошибка не превосходит 0,5 ja.
В подобной же машине фирмы Браун й Шарп измерение
производится комбинированным способом — на шкале и винтом.
Сначала микроскоп устанавливается на одном из делений мелко
разделенной шкалы, обычно отвечающем дробной части длины
Рис. 656.
измеряемого объекта, затем придвигается передняя бабка до упора
и производится отсчет на ее винте; далее продвигают заднюю
бабку так, чтобы под нить микроскопа попал конец предмета.
Тогда расстояние между контактными пластинками будет равно
целой части длины плюс отсчет на шкале. Оставшуюся часть из¬
меряют микрометренным винтом. При этом способе винт рабо*ает
не более чем на половине своего оборота.
Машина Женевского общества физических приборов (SIP)
представляет собой тип современных мерительных машин (рис. 656).
Основное ее назначение — определение длин методом прямого
сличения со шкалой, но она может применяться и как компаратор
для измерения разности между калибрами. Основные части машины:
станина /, имеющая V-образную форму и опирающаяся на три
ножки; направляющая 2 для каретки 3, представляющая V-образ¬
ную канавку и плоскость; задняя передвижная бабка 13, покоя¬
щаяся на станине и одновременно упирающаяся роликами на
вспомогательные плоскости станины. Ролики установлены на пру¬
736
Рис. 657а.
жинящих рычагах, укрепленных под низом каретки. Благодаря
такому устройству уменьшается трение скольжения и сохраняется
точность станины. На бабке установлена шкала на одной линии
с осью измерений. В передней части машины имеется также шка¬
ла 16 по которой устанавливается бабка. Наводка производится
микроскопом. Предварительно ее устанавливают по указателю 5
на шкале 16, затем закрепляют рычагом и, действуя ручным
маховичком 4, тонко подводят к штриху. Шкала сделана из спе¬
циального никелевого сплава с коэфициентом расширения, близким
к стали. Имеются вшты для регулировки шкалы пластинками.
Ми кро метре нная
задняя бабка привин¬
чена к станине справа.
Бабка имеет двойной
плунжер: внутренний,
концевая поверхность
10 которого служит
контактной плоско¬
стью, и наружный
(полый). Последний
скользит во втулках 12
из закаленной стали.
Задний конец внутрен¬
него плунжера укреп¬
лен на пружине, перед¬
ний соединен с под¬
вижной втулкой, пере¬
мещая которую по оси
можно регулировать
пружину. Перемеще¬
ние производится вра¬
щением кольца. На
задней - стороне глав¬
ного плунжера поме¬
щена микрометренная
гайка 15. Для уничтожения мертвого хода служит вторая гайка,
отделенная пружиной от первой. Микрометренный винт имеет шаг
50 ниток на 1". Отсчет на головке винта с помощью нониуса—до
0,13 [а. Ход винта—25 мм.
В передней бабке помещен индикатор, состоящий из двух
увеличивающих рычагов, вращающихся на закаленных стальных
призмах. Для уничтожения мертвого хода имеются пружины. Инди¬
катор заключен в кожух главного плунжера; шкала рассматрива¬
ется через окошко. Микроскоп 6 имеет увеличение 60х и снабжен
винтовым окуляром 8 с двумя нитями. Он применяется либо как
нулевой индикатор, и тогда измерение производится на микромет¬
ренной передней бабке, или наоборот. Точность машины ± 1 ^
на длине 500 мм.
Рис. 6576.
47 Зак. 3730. Справочн. кн. оптико-мехаггика.
737
Эти машины изготовляются различных размеров — метрические
(0,5, 1 и 2 м) и дюймовые (20", 40", 80"). Имеются машины весьма
больших размеров — до 4 м. В них шкала помещена на станине
(не на линии измерений), за счет чего точность понижается до
riz0,01 мм. При работе по методу сличения эта точность подни¬
мается до ±0,005 мм.
Той же фирмой выпускаются микрометр-машины с пределами
измерений до 100 мм при точности отсчета до 0,1 \l.
Мерительная машина фирмы К. Цейсс последних выпусков
имеет существенные особенности (рис. 657 а и б). В ней совер¬
шенно отсутствует микрометренный винт. Она работает обоими
методами (абсолютным и сравнительным). Сравнение двух мер
возможно, когда они отличаются по длине не более, чем на 0,1 мм*
Передняя и задняя бабки имеют специальную конструкцию. Поло¬
жение первой устанавливается микроскопом по шкале (стеклян¬
ной), имеющей длину 100 мм и разделенной на десятые милли¬
метра. Шкала укреплена на верхней поверхности станины. Кроме
того через каждые 100 мм на станине укреплены стеклянные ко¬
роткие шкалы с двойными штрихами, служащие для определения
положения задней бабки. Передняя бабка устроена на принципе
оптиметра, показывающего с точностью 0,0002 мм положение ее
корпуса. При сравнении калибров разности определяют по опти¬
метру. При абсолютных измерениях длина определяется по одной
из стеклянных пластинок, 100-миллиметровой шкале и оптиметром.
К бабкам наглухо прикреплены оптические системы, помещаю¬
щиеся в прорезах станины. Каждая состоит из коллиматорной
линзы и призмы. Изображение двойного штриха каждой шкалы
проектируется на плоскость разделенной (100-миллиметровой)
шкалы и может быть приведено в совпадение с любым штрихом*
Перемещение бабки для этого совпадения производится микромет-
ренным винтом с мелкой резьбой.
Окуляр оптиметра расположен рядом с микроскопом, поэтому
оба отсчета можно делать не сходя с места. Машийа требует
предварительной установки нулевых положений. В этой машине
выполнены все условия, которым удовлетворяют подобные машины.
Существует ряд других машин, например машина Рейнекера,
в которой применен жидкостный индикатор, машина Саутер и
Месснер, в которой применен оптический индикатор, и пр. Имеет
широкое распространение компаратор, ^ построенный на принципе
Аббе — компаратор Аббе (рис. 658 а и б). Метод основан на
сличении измеряемой длины с нормальной шкалой. Измеряемый
предмет 3, например шкала, расположен на общем столе 1 на
одной высоте с нормальной шкалой прибора. Два микроскопа S
и 4, находящиеся на постоянном расстоянии, фокусируются один
на нормальную шкалу 3, другой — на измеряемую 2. Микроскоп 4
только для визирования, микроскоп 5 — для визирования и отсчета^
на винтовом микрометре окуляра. Держатель микроскопов 6 изго¬
товлен из того же материала, как и столик; коэфициент расши-
738
реиия его близок к стеклу. Держатель защищен от нагревания
наблюдателей специальной пластинкой. Движение столика произ¬
водится на шариках, тонкое перемещение осуществляется микро-
Рис. 658а.
Рис. 6586.
метренцым винтом, действующим от рукоятки. Вторая рукоятка
служит для закрепления столика. Микроскоп 4 фокусируется кре¬
мальерой обычного типа. Измеряемая шкала может передвигаться
47* 739
в разных направлениях и закрепляться. Продольное и поперечное
перемещения производятся в направляющих 7; продольное пере¬
мещение можно производить только кремальерой с рукояткой 8.
Шкала от 100 до 200 мм длины разделена на 100 частей
(200 частей). Для освещения снизу шкалы служат два круглые
плоские зеркала. Измерительная часть окуляра микроскопа, в от¬
личие от обычной (винтовой окуляр), устроена на принципе архи¬
медовой спирали, нанесенной на плоской пластинке. Подвижная
стеклянная пластинка с круговыми делениями вращается около
оси, находящейся вне поля зрения, и лежит в плоскости изобра¬
жения окуляра и в плоскости спиралей. Поворот отсчитывается
по делениям на шкале. Шкала имеет круговые деления и узкую
горизонтальную полосу белого цвета. Шкала со спиралями окра¬
шена в красный цвет. Кроме круговых делений, по которым от¬
считывают тысячные миллиметра, имеются продольные деления, по
которым отсчитываются целые миллиметры (крупные деления) и
десятые (деления на спиралях). На рисунке виден отсчет 3,3248.
Средняя точность измерений zt0,05 мм.
Фирма К. Цейсс выпускает компараторы Аббе двух размеров:
для длин до 10 СМ'(мод. А) и до 20 см (мод. В). Конструкция
микрометренной шкалы применена Цейссом во многих других из¬
мерительных приборах с микроскопами.
Измерительный микроскоп Цейсса (см. рис. 659а) перемещается
над предметным столиком посредством микрометренного винта, от
точности которого зависит в большой степени конечный резуль¬
тат измерения.
Микроскопы выпускаются с пределами измерений в 10 и 50 мм;
цена деления на барабане — 0,01 мм\ возможная точность — 0,003;
общее увеличение микроскопа (сменные объективы) — 14х, 21х,
42х или 56х.
Микроскоп часто применяется в различных лабораторных ус¬
тановках; в цехе он удобен для точного промера отпечатков ша¬
рика по Бринеллю, малых деталей механизмов и т. п.
В более точных оптических приборах, например инструмен¬
тальных микроскопах для измерения длины, также имеются мик-
рометренные винты, но они здесь перемещают не микроскоп, а
предметный столик с измеряемым объектом (как и в компарато¬
рах). Инструментальный и универсальный микроскопы хотя и при¬
меняются для измерений длин, но главным образом нщ пользуются
в заводских лабораториях для промеров резьбовых изделий и
калибров.
§ 9. Приборы для промера элементов резьбы
Эти приборы весьма разнообразны: специальные (микрометры
и индикаторы, зубомеры и др.) и универсальные (микроскопы,
проекторы).
Для промера наружного диаметра нарезанных изделий приме¬
740
няются обычные штангенциркуль, микрометр, индикатор, опти¬
метры; они снабжаются специальными наконечниками (вставками).
Эти же приборы служат для определения среднего диаметра
резьбы; внутренний диаметр промеряется с помощью кронциркуля.
Специальные парные наконечники (острие и вырез), вставляе¬
мые в места опорных поверхностей микрометров, должны соот¬
ветствовать шагу нарезки. Советские заводы выпускают их обычно
наборами (7 штук) для метрической (от 0,4 до 6 мм) или дюй¬
мовой (от 40 до 3 витков) резьбы; дополнительные 7 пар расши¬
ряют пределы возможных измерений. Микрометры Цейсса изго¬
товляются с 50 парами различных наконечников. Для промера
среднего наружного диа¬
метра по другому более
точному методу—с помо¬
щью трех проволочек —
микрометры снабжаются
набором калиброванных
проволочек для различных
резьб, диаметр которых
колеблется в пределах от
1 до 150 мм. Микрометры
и проволочки при проме¬
ре зажимаются или под¬
вешиваются на особых
кронштейнах.
Средний диаметр вну¬
тренней резьбы изме¬
ряется штихмассом со
вставными наконечни¬
ками.
Для измерения сред¬
него диаметра наружной
резъды применяется также и оптический кронциркуль, устанавли¬
ваемый по эталону. Лупа увеличения 4Х облегчает правильную
установку шаровых наконечников (упорного и микрометра); предел
диаметров изделия — от 1 до 24 мм при четырех разной величины
наконечниках. Точность промера—0,01 мм.
Толщину зуба и одновременно высоту его определяют универ¬
сальным зубомером (см. выше) с точностью 0,02 мм. Служащий
для этой же цели оптический зубомер дает возможность проме¬
рять модульные зубья с модулем от 1,5 до 18 при той же точ¬
ности измерения — 0,02 мм.
Для измерения шага резьбы применяется также особый прибор,
похожий на пассаметр, но с особыми шаровыми контактными штиф¬
тами, вставленными в держатели, из которых один связан с чув¬
ствительным рычажком прибора. Устанрвка нуля производится с
помощью эталонов, прилагаемых к прибору. Цена деления на
шкале — 0,01 мм. На-глаз можно определить* отклонение шага от
741
Рис. 659а.
номинала с точностью 0,005 мм. Пределы диаметра измеряемого
изделия для обычного прибора — 25 мм\ с особым дополнитель-
Рис. 65%.
ным приспособлением этим прибором промеряются и более круп¬
ные изделия как с наружной, так и с внутренней резьбой. С этой
целью имеются три штифта и груз для уравновешивания прибора,
установленного на изделии.
Для ответственных измере¬
ний всех элементов резьбы
служат два основные прибора
заводской лаборатории: инст¬
рументальный и универсальный
измерительные микроскопы.
Инструментальный изме¬
рительный микроскоп (рис*
659а) — цеховый лабораторный
прибор, применяемый также
и в низовых контрольных пун¬
ктах. Предметный столик пере¬
мещается продольно (в пределах
25, 50 или 75 мм) и поперечно
(в пределах 25 мм) с помощью
микрометренных винтов; отсчет
десятых и сотых долей милли¬
метра— на барабанах головок
винтов. Освещение объекта,
помещенного на стеклянной
пластинке столика, произво¬
дится либо снизу (проходящим светом) либо сверху (наблюдение
в отраженном свете); чаще объект зажимается в центрах, кладется
в специальную шину и т. п.
Рис. 659в.
Профиль объекта рассматривается в микроскоп увеличения 30х»
в окуляре которого профиль виден прямым и на фоне специаль¬
ных штриховых сеток (окулярные пластинки). Положение объекта
на столике визируется микроскопом для начального и конечного
пунктов измерения передвигаемого объекта; линейный размер
(например толщина зуба и т. п.) определяется как разница пока¬
заний на шкалах микрометренных винтов.
Окулярная головка микроскопа — сменная и связана с различ¬
ными штриховыми пластинками: универсальной или револьверными
(для различный форм нарезок). Этим прибором можно промерить
угол резьбы, средний диаметр, шаг, форму профиля, угол резьбо-
Рис. 660а.
вых резцов, длины и углы шаблонов и калибров, размер отпечат¬
ков по Бринеллю и пр.
Для массовых поверок прибор снабжается особым проекцион¬
ным устройством (рис. 65^6), а для документации — фотографи¬
ческой камерой (кассета 9X12 см) (рис. 659в).
Инструментальный микроскоп может быть использован и как
обыкновенный микроскоп для просмотра дефектов (трещин и пр.)
объектов при небольшом увеличении.
Этот прибор пригоден и для измерения гладких калибров
(кольца, вкладыши, шаблоны, скобы и пилиндрические пробки).
Универсальный измерительный микроскоп (рис. 660а) не
имеет мерительных винтов; последние здесь служат лишь для
перемещений каретки с измеряемым объектом и установки его
под неподвижно закрепленным микроскопом. Перемещение каретки
возможно в пределах 200 (продольно) X 100 ^поперечно) мм или
743
200 X 50 мм (малая модель). Объект либо кладется на стеклян¬
ную пластинку столика, либо закрепляется в специальных смен,
ных центрах, л^о устанавливается на V-образных опорных баб¬
ках. Освещение контура объекта осуществляется снизу (проходящим
светом) или сверху (при наблюдении в отраженном свете); контур
рассматривается в микроскоп при увеличении 30*. Отсчет пере¬
мещений производится по освещаемым (одной общей лампой при-
Рис. 6606.
бора) шкалам, укрепленным на каретках, с помощью отсчетных
микроскопов, под которыми проходят каретки. Шкалы изготов¬
лены с весьма большой точностью. Главное применение этого
прибора, кроме измерения длин и углов, — измерение с помощью
штриховой пластинки всех элементов резьбы по двум принци¬
пиально различным методам: измерение проекции и измерение
(при помощи ножей) осевого сечения. При первом методе в поле
зрения микроскопа производится совмещение профиля резьбы
объекта с профилем шкалы в окуляре (револьверной штриховой
744
головки), что йает форму, угол и положение профиля резьбы;
средний диаметр и шаг определяются перемещением и отсчиты¬
ваются с помощью микроскопов по шкалам.
По второму методу осевого сечения, — более точному, приме¬
няемому при промерах резьбовых калибров, — в поле зрения осо¬
бого окуляра микроскопа видны штрихи, нанесенные на особых
„ножах“, рабочие поверхности которых плотно соприкасаются
с рабочей поверхностью резьбы; измерение расстояний между
рисками на ножах и дает ббльшую точность промера.
Особой формы ножи позволяют промерять конусность кони¬
ческих роликов.
Интересные места резьбы испытуемого изделия можно доку¬
ментировать, фотографируя и± с помощью камеры, укрепляемой
над микроскопом.
Менее универсален резьбовой компаратор Цейсса, устроенный
на том же принципе и служащий только для резьбовых изделий.
С появлением универсального микроскопа необходимость в ком¬
параторе исчезла.
Проекционные приспособления к инструментальному микро¬
скопу не разрешают во всех случаях удобного, не требующего
особенной квалификации и быстрого контролирования правиль¬
ности шаблона, соответствия контура изделия по форме и вели¬
чине чертежу и т. п. В этом случае црименяю^ся особые проек-
745
Рис. ббОв.
торы; из них профильный, проектор типа Бауш и Ломба
(рис. 660 бив) уже изготовляется на советских заводах.
Прибор устроен следующим образом. От источника света
(точечная лампа), заключенного в кожухе в правой части прибора,
свет проходит в, конденсор, имеющий параболическую поверх¬
ность, помещенный в трубе. Второй конденсор дает параллель¬
ный пучок лучей. Отверстие пучка света регулируется ирис-
диафрагмой, помещенной на конце трубы. Проектируемый предмет
помещают в держателе, закрепляя его либо струбцинками, либо
в тисках, либо на центрах. Проекционный микрообъектив распо¬
ложен в трубе левой части прибора. За ним расположены окуляр
микроскопа и призма, направляющая пучок света вниз на стол,
где находится экран (белый лист). Там же можно поместить
кассету с фотографической пластинкой, для которой имеются
пазы. Достигается увеличение до 500*. На экране получается
тень профиля измеряемой части предмета. Держатель расположен
на супорте, перемещаемом в горизонтальном и вертикальном на¬
правлении помощью маховиков. Продольное перемещение осущест¬
вляется по станине стола также маховичком. Фокусировка произво¬
дится кремальерным движением супорта. Стол с. экраном
вращается на оси. На его поверхности нанесены штрихи для
правильного расположения проекции. Для промера шаблонов
предварительно вычерчивают профиль на бумаге, располагая ее на
столе в раме. Ориентируя стол, сличают проекции с вычерчен¬
ным профилем и, зная увеличение, определяют ошибки. Для раз¬
ных увеличений имеется набор объективов. Шаг и профиль
резьб проверяют как путем их проекции, так и проекцией гре¬
бенок (при аппарате имеется набор гребенок), накладываемых на
измеряемую резьбу. Супорт имеет индикатор для проверки шага.
Вращая маховик, двигают наконечник индикатора по резьбе и,
деля показания на число пройденных ниток, получают величину
шага. Имеется множество приспособлений, позволяющих зажимать
требуемым способом разнообразные объекты.
Аппарат строится и на штативе, располагаемом на столе
с проекцией на стену. Он может действовать не только с про¬
ходящим, но и с отраженным светом, для чего необходимо заме¬
нить верхние его части.
На том же принципе устроен проектор Лейтца. Объект
помещен в параллельном пучке телескопической системы. Проек¬
ция ведется без окуляра. Имеется ряд сменных столиков и супор-
тов для объекта, снабженных индикаторами и микрометренными
винтами, благодаря чему можно производить разнообразные изме¬
рения, в частности исследовать шестерни.
На тех же принципах устроен и проектор К. Цейсса. Такие
же проекторы строятся для специальных целей, например проек¬
тор Лъюбек для измерения проволок. В. Стотт1 применяет про¬
1 Nat. Phys. Rep., 151, 1925.
746
ектор для определения деформации *рсей в приборах под нагруз¬
кой. Известны применения проекторов на станках, например для
неферывного наблюдения точности шлифовки осей заданного
профиля.
Точность действия проекционных приборов описанного типа
зависит главным образом от правильной конструкции проекцион¬
ной системы. Не все объективы и окуляры годны для этих целей,
кроме того большую роль играет и осветительная система. Осо¬
бенно трудны случаи проекции толстых предметов и цилиндров.
Резкая тень от них получается только при определенном положе¬
нии относительно фокальной плоскости объектива. Кроме того
мешают лучи, отражаемые „поверхностями объекта. В острых
местах образуются дифракционные полосы. Если пучок лучей
строго параллелен, что бывает при хброшо корригированной
проекционной системе, то общим правилом может служить усло¬
вие, чтобы наименее узкая часть пучка света у измеряемого
объекта находилась в фокальной плоскости объектива. Для устра¬
нения отраженного света" помогает экранирование у края объекта.
§ 10. Йриборы для измерения углов и конусов
Длй измерения углов и конусов пригодны многие из универ¬
сальных приборов, описанных выше.
Инструментальный и универсальный микроскопы (см. § 9)
дают возможность измерить угол помощью универсальной (опти¬
ческой) головки с угловым отсчетом. Конусы можно измерить,
пользуясь отсчетами двух взаимно перпендикулярных микромет¬
ров по формуле:
где D и d — диаметры конуса, а /—длина между ними, или
микрометром и лимбом головки.
К специальным приборам для измерения углов относятся:
Наименование прибора
Пределы
измерения
Цена деле¬
ния шкалы
Точность
прибора
1. Угловые плитки
2. Универсальный угломер . . .
3. Оптический угломер ....
4. Синусные линейки
5. Гониометр
0—360°
0—360°
0-360°
0-360°
V
2' и 5'
10'
10"
=£4' и ±5'
±5'
±15"
1. Угловые плитки имеются наборами в 85 или 49 штук.
Пользуясь специальным держателем, можно составить из двух
плиток любые углы с разностью в V. Плитки^притираются по-
747
добно концевым плоскопараллельным мерам. Изготовляются они
фирмой Иогансон и заводом Калибр.
2. Универсальный угломер состоит из двух линеек и лимба
для отсчета угла в пределах от 0° до 180°. При измерении углов
больших 180° применяется специальный дополнительный угольник,
надевающийся на одну из линеек. Угломер выпускается заводом
Красный Инструментальщик.
3. Оптический угломер отличается от универсального тем, что
отсчет производится помощью лупы по стеклянному лимбу.
4. Синусная линейка состоит из каленой линейки, покоя¬
щейся на точных цилиндрах. Расстояние между центрами цилинд¬
ров L постоянно. Часто для простоты расчетов оно принимается
равным 100 мм. Для того чтобы поставить линейку точно под
требуемым углом, необходимо подложить под один из цилиндров
набор концевых мер так, чтобы величина набора равнялась L • sin
известного угла. Линейка изготовляется заводом Калибр.
5. Гониометр (см. гл. III) относится к оптическим приборам и
состоит из точного вращающегося лимба и автоколлимационной
трубы. Проверяемое изделие должно иметь блестящие, хорошо
отражающие ' свет плоскости. В трубе наблюдают пучок света,
отраженного от плоскости проверяемого изделия; затем, повора¬
чивая лимб и вращая вместе с ним изделие, отмечают на нем
деление, при котором появилось отражение от второй плоскости.
Разность отсчетов по лимбу дает искомый угол.
6. Специальные приборы. К специальным приборам для изме¬
рения конусов относится ряд приборов, в которых используется
метод измерения двух диаметров и расстояния между ними или
метод, основанный на комбинации синусной линейки и прибора
с чувствительным рычагом. В качестве примера можно привести
машину для измерения конусов фирмы Фортуна-Верке.
Прибор состоит из станины с продольным супортом, на кото¬
ром укреплена синусная линейка. Длина между осями опорных
цилиндров линейки принята 200 мм. Над синусной линейкой по
ее оси устанавливается миниметр, закрепленный на специальной
вертикальной стойке. На приборе можно определять конусность,
прямолинейность образующей и овальность. Для измерения синус¬
ную линейку устанавливают на требуемый угол, как это указыва¬
лось выше, подводят миниметр к поверхности конуса и дают су-
порту продольное движение. По отклонению указателя миниметра
судят о конусности и прямолинейности образующей. Вращением
конуса вокруг его оси можно проверить овальность в различных
сечениях. Точность прибора зависит от точности миниметра.
§ 11. Приборы для измерения зубчатых зацеплений
Приборы этой группы сложат для абсолютных и относитель¬
ных измерений отдельных элементов зубчатых зацеплений и про¬
верки их работы. Они строятся на различных принципах измере¬
ния и устройства. Основные типы следующие.
748
Тип прибора
Предмет изме¬
рения
Пределы
измерения
мм
Точность
прибора
мм
1. Штангенциркуль-
Толщина зуба
т — 1—18
±0,02
зубомер
*
т — 5—35
± 0,005
2. Оптический зубо¬
» »
т = 1,5—18
мер
Шаг, толщина
т от 2—3
В пределах
3. Приборы с чув¬
ствительным рычагом
зуба
до 12—18
точности чув¬
Эвольвентный
Диаметр
ствительного
профиль
60-400
т = 2 — 12
прибора
Зазор зацепления
Со стойкой для
диаметров до
400 и до 650 мм
Эксцентриситет
т = 0,5—10
4. Оптические при¬
Эксцентриситет
Диаметр до
боры
100 мм
т = 0,5—2,5
1. Штангенциркуль-зубомер служит для измерения! толщины
зуба от наружной окружности. Он представляет собой обычный
штангенциркуль с дополнительной линейкой, поставленной пер¬
пендикулярно к оси основной линейки. Подвижная губка допол¬
нительной линейки устанавливается на глубину, соответствующую
положению основной окружности колеса, по которой измеряется
толщина зуба. Прибор изготовляется заводами Главстанкоинстру-
мента.
2; Оптический зубомер сконструирован по тому же прин¬
ципу, что и предыдущий. Подача губок осуществляется микро-
метренными винтами. Отсчет производится помощью лупы.
Такой прибор выпущен ВООМПом, причем вместо неподвиж¬
ной губки предусмотрена губка, связанная с чувствительным
рычагом, что дает возможность выполнять повторные измерения
относительным методом.
3. Приборы с чувствительным рычагом. К этим приборам
относятся также приборы фирмы К. Мара. Они служат для изме¬
рения толщины зуба в направлении линии зацепления. Одна из
губок прибора снабжена индикатором.
В одном из типов прибора для проверки толщины зуба отно¬
сительным методом измерительный штифт индикатора поставлен
вместо верхней ограничительной губки. В приборах для измере¬
ния шага и толщины зуба от внутренней окружности с измери¬
тельным штифтом индикатора связана посредством рычага боковая
губка. Для упора служат два специальные щупа, входящие во
впадины зубьев. Отсчет этих приборов равен 0,01 мм, и точ¬
ность находится в пределах точности индикатора.
Существуют приборы для проверки правильности профиля
зуба по эвольвенте. В них специальному наконечнику, связанному
749
с измерительным штифтом индикатора или другого чувствитель¬
ного прибора, дается принудительное движение по касательной
к основной окружности колеса. Если зуб испытуемой шестерни
имеет отклонения от правильной формы, то при вращении колеса
эти отклонения будут показаны индикатором. Подобный прибор
изготовляется фирмой К. Мар, а также спроектирован для одного
Рис. 661а.
из заводов Всесоюзным научно-исследовательским институтом
метрологии.
Для испытания зацепления пары готовых шестерен (т. е. для
определения наличия суммарных ошибок зацепления) служат при¬
боры, основанные также на применении индикаторов. В приборе
К. Мара одно испытуемое колесо устанавливается неподвижно,
а другое —на подвижном супорте, прижимаемом к неподвижному
пружинами. При вращении шестерен все колебания подвижного
супорта регистрируются индикатором, а также могут быть запи¬
саны самопишущим прибором на диаграмме.
На приборе фирмы К. Цейсс с ортотестами (рис. 661а)
можно проверять шаг в направлении линии зацепления, наличие
эксцентриситета, правильность толщин зубьев и впадин. Прибор
750
состоит из станины, на которой закрепляются испытуемая ше¬
стерня или червяк любой формы и измерительный супорт. Изме¬
рительный супорт построен на принципе штангенциркуля-зубомера,
но с установкой не по шкале, а по плиткам. Губки для измере¬
ния шага имеют сменные измерительные ножи. Одна губка
неподвижна, другая связана с ортотестом. Точность при измерении
шага ±0,002 мм. Проверка эксцентриситета производится по¬
движной губкой с помощью сменных наконечников в виде шарика,
входящих во впадину зуба.
Приборы Мааг (Цюрих) для относительных измерений шага,
контроля профиля зуба и эксцентриситета (рис. 6616) в общих
Рис. 6616.
чертах сходны с приборами К. Мара. Два крайние контакта слу¬
жат измерительными губками, средний предназначен для прижи¬
мания связанной с ним губки к поверхности зуба. Одна губка
соединена с индикатором. Индикатор прибора имеет цену деления
в 0,001 мм. Прибор служит для модулей от 2 до 20.
Принцип измерения основан на свойстве эвольвентных кривых,
расстояние между которыми öt, вне зависимости от положения,
ностоянно и равно шагу на основной окружности (рис. 661 в).
Легким покачиванием прибора ойределяются ошибки профиля,
а сравнительным промером ряда зубьев находятся отклонения
в шаге.
Та же фирма выпускает специальние приборы для проверки
правильности эвольвентного профиля зуба и определения эксцен¬
триситета.
4. Оптические приборы. На рис. 662 приведен общий вид
оптического прибора Женевского общества физических инстру¬
751
Рис. 661в.
ментов (SIP). Прибор служит для определения ошибок шага и
эксцентриситета.
Цена деления шкалы — 0,005 мм. Точность прибора—около
±0,002 мм.
На этом приборе можно проверять колеса диаметром до
100 мм с модулем от 0,5 до 2,5 мм. По особому заказу могут
быть изготовлены наконечники для модуля от 0,25 мм.
Рис. 662.
Измерение производится двумя сменными для разных модуле^,
наконечниками. Один закреплен неподвижно, другой связан с пле
чом рычага, оканчивающегося прямоугольной пластинкой. Тен^
этой пластинки проектируется на экран. Экран снабжен двум*
двусторонними шкалами в прямоугольных координатах. По гори¬
зонтальной шкале отсчитывается эксцентриситет, по вертикаль¬
ной — ошибки шага. При отсутствии ошибок теневой прямо¬
угольник занимает четверть площади экрана, и его края пере¬
секают нули обеих шкал.
Исследование и проверка элементов зубчатых зацеплений мо¬
гут производиться также при помбщи профильных проекторов
(см. § 9).
ОПЕЧАТКИ
Зак. 3730. Справочн. кн. оптико-механика.
5 сверху
11 .
19 снизу
18 сверх)
через
через pi
Стр.
Строка
Напечатано
Должно быть
По чьей
вине
Типогр.