ОПТИЧЕСКАЯ НАСАДКА НА ТРУБУ УГЛОМЕРНОГО ИНСТРУМЕНТА Советский патент 1941 года по МПК G01C21/02 

Изобретение касается упрощения ориентировки угломерного инструмента при наблюдении за небесными светилами, например, солнца, путем снабжения трубы инструмента-теодолита, кипрегеля и т.п. дополнительной оптической насадкой. Особенность этой насадки заключается в том, что грани призм, образующие оптический кружок насадки, выполнены приблизительно перпендикулярными к визирной линии трубы для отклонения на один и тот же близкий к его угловому радиусу угол и выявления в поле зрения объектива трубы фиктивного, отвечающего действительному, центра светила для визирования инструмента.

На чертеже фиг. 1 иллюстрирует получение в поле зрения объектива четырех ложных солнц, выявляющих центр солнца в виде темного квадратика; фиг. 2 представляет одну из форм выполнения оптического кружка насадки, обе стороны которой фацетированы; фиг. 3 - то же насадку, у которой фацетирована одна сторона; фиг. 4 - видоизменение оптического кружка по фиг. 3.

При наблюдении за солнцем, с целью определения его высоты, угломерный инструмент, в виду отсутствия ориентировочного центра на диске солнца, визируют его по правому и левому краю. В практике наблюдений малыми инструментами нередки и высотно-азимутальные наблюдения, когда одновременно визируют два края солнца, например, верхней и правой - горизонтальной и вертикальной нитями соответственно.

Вследствие этих обстоятельств:

1) малоопытные наблюдатели нередко перепутывают края солнца и, случается, вместо двух краев наблюдают два раза один и тот же край, в результате чего получается недопустимая погрешность;

2) при точных наблюдениях может возникнуть систематическая ошибка от того, что противоположные края солнца наблюдаются при не вполне одинаковых условиях, а именно: один край будет передним, другой - задним. При наблюдении переднего края нить с неба переходит на диск солнца, при наблюдении заднего края - наоборот;

3) наблюдения переднего края солнца часто затрудняются тем, что на фоне неба нити не видны через темное стекло, и тем более - при наблюдении солнца на экране, поставленном за окуляром;

4) при обработке азимутальных наблюдений солнца надо вводить в отсчеты горизонтального круга поправки ±RcosZ, где R - угловой радиус солнца и Z - зенитное расстояние солнца. При переменном Z эта поправка не аннулируется и при соединении в среднее отсчетов, соответствующих правому и левому краям солнца;

5) при высотно-азимутальных наблюдениях, сверх вышесказанного, возникает еще то затруднение, что здесь требуется одновременно следить за двумя местами солнечного диска, и это тем труднее, чем больше увеличение трубы, ибо с увеличением трубы возрастает и видимое через окуляр субъективное и угловое расстояние наблюдаемых точек.

Все эти затруднения, особенно ощутительные, когда наблюдает не специалист астроном, а топограф, артиллерист и т.д. и когда особое значение имеют быстрота и простота обработки, устраняются, если поместить перед объективом трубы теодолита, кипрегеля и т.п. призменную насадку.

Призменная насадка состоит из нескольких остроугольных призм (могущих составлять и одно целое), закрывающих каждая одинаковую площадь объектива и отклоняющих направление солнечных лучей на один и тот же угол, близкий к угловому радиусу солнца в разные симметрично расположенные стороны. Таков первый вариант.

По другому варианту перед объективом может быть помещена насадка с коническим оптическим кружком, отклоняющим солнечные лучи во всевозможных направлениях на угол, близкий к R (лучше всего, немного больший наибольшего R).

В случае четырех призм с углом отклонения, немного большим R, призменная насадка по первому варианту дает в поле зрения трубы картину, изображенную на фиг. 1 чертежа. Наведение инструмента производится на центр маленького темного квадратика между четырьмя ложными изображениями солнечного круга.

Насадка предварительно ориентируется так, чтобы хорды двуугольников, в которых перекрываются по два изображения солнца, были вертикальными. Тогда изменения R (от 16′ 18′′ в начале января до 15′ 16′′ в начале июля), а следовательно, и размеров квадратика, очевидно, почти не будут влиять на точность наведения перекрестка нитей на центр квадратика.

Если углы всех четырех призм одинаковы и ребра призм образуют между собой углы в 90°, то визирование центра темного квадратика будет равносильно визированию центра солнечного диска при отсутствии насадки, но при небольшом нарушении только что указанных условий может возникнуть изменение наблюдаемого направления, совершенно равносильное небольшому изменению места зенита и коллимационной ошибке. Его влияние исключается, следовательно, присоединением в среднее двух наблюдений, между которыми труба переведена через зенит. Значит, в точном соблюдении указанных условий нет необходимости. Коническую насадку по второму варианту можно рассматривать, как тот предельный вид призменного приспособления по первому варианту, когда число призм увеличено до бесконечности. Поместив такую насадку перед объективом, мы увидим в поле зрения вместо солнца светлое кольцо с темным центральным отверстием, диаметр которого равен 2 (Е-R), если обозначить через Е угол отклонения лучей конической насадкой. Этот угол для лучей, идущих от всех точек солнечного диска, по абсолютной величине почти одинаков и почти не зависит от небольших нарушений параллелизма оси насадки с визирной линией трубы. Он приближенно равен

где n - показатель преломления стекла для тех лучей, в которых наблюдается солнце, а α - угол между образующей конуса и его основанием.

Чтобы уменьшить влияние дисперсии призм или конического кружка насадки, надо делать темное стекло для наблюдения солнца из материала, пропускающего возможно более узкую полосу видимой части спектра (например, стекло КС 5 ИЗОСа).

На фиг. 2 и 3 чертежа представлены в двух проекциях возможные конструкции четверных призм для насадок типа по первому варианту. Углы призм для ясности сильно преувеличены.

На фиг. 2 чертежа каждая из четырех нижних обращенных к объективу трубы граней наклонена к единственной верхней грани под углом

где n_i=1.51 - показатель преломления крона Л 14 Лен. ЗОСа. По малости α углы между ребрами, сходящимися к вершине, и основанием будут весьма близки к Такая призма будет отклонять солнце в красных лучах на угол 16′.6′′. Следовательно, сторона темного квадратика при наблюдении через темнокрасное стекло будет колебаться от 0′6 в январе до 1′6 в июне.

Призма, изображенная на фиг. 3 чертежа, по своему действию будет равносильна призме по фиг. 2, но будет проще в изготовлении. Она имеет не пять полированных граней, а только четыре. Здесь ребра 1 и 2 взаимно перпендикулярны, и каждая из граней наклонена к противолежащему ребру под углом

На фиг. 4 чертежа представлена простейшая форма оптического кружка насадки в виде конуса.

Призмы по фиг. 2 и 3 и оптический кружок насадки по фиг. 4 укрепляются (хотя бы просто закаткой) в легкой цилиндрической оправе, насаживаемой на объективный конец трубы вместо крышки и удерживающейся на нем, как и крышка, трением.

Правильная ориентировка насадки отмечается метками на корпусе трубы и на оправе призмы.

Между наблюдениями при "круге право" и "круге лево" призму или коническую насадку трогать не следует.

1. Оптическая насадка на трубу угломерного инструмента с применением стеклянных призм, отличающаяся тем, что, в целях упрощения визирования угломерным инструментом солнца, грани призм, образующих оптический кружок насадки, выполнены приблизительно перпендикулярными к визирной линии трубы и служат для отклонения лучей солнца на один и тот же близкий к его угловому радиусу угол и для выявления в поле зрения объектива трубы фиктивного, отвечающего действительному, центра светила.

2. Форма выполнения насадки по п. 1, отличающаяся тем, что, с целью получения ориентировочного центра светила в виде темного квадратика, ребра 1, 2 граней призм, образующих оптический кружок насадки, расположены взаимно перпендикулярно друг к другу и обращены в противоположные стороны.

3. Форма выполнения насадки по п. 2, отличающаяся тем, что призмы образуют фацеткой одну сторону оптического кружка насадки, причем взаимно перпендикулярно расположенные ребра сходятся в общей вершине.

4. Видоизменение насадки по пп. 1-3, отличающееся тем, что, с целью выявления в поле зрения объектива центра для визирования в виде темного кружка, окруженного светлым кольцом, насадка выполнена в виде конуса с углом между противоположными образующими, близким к 180° минус угловой диаметр солнца.