Periszkóp

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából

A periszkóp olyan optikai eszköz, amelynek segítségével láthatóvá válik a megfigyelőtől valamilyen szemmagasság fölé, vagy alá nyúló akadály által eltakart tárgy.

A periszkópok fontosabb alkalmazási területei[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Haditechnikai alkalmazások:
1 - Tengeralattjáró periszkóp - a tengeralattjáró elsődleges megfigyelő rendszere.
A célnak megfelelően különböző méretűek lehetnek - pl. megfigyelő vagy kis átmérőjű támadó periszkóp.
A különbség a kettő között a víz fölé emelkedő periszkóp cső átmérőjében van.
2 - Árok periszkóp - lövészárokból történő ellenség megfigyelésére alkalmazzák.
Ezek lehetnek egyszerű vagy távcsővel kiegészített periszkópok.
3 - Tank periszkóp – lehetővé teszi a tankból való megfigyelést amelynek segítségével a parancsnok a harckocsi környezetének szinte teljes egészét belátja.
4 - Bunker periszkóp - föld alá épített katonai létesítményből való kitekintésre alkalmazott periszkóp.

Civil alkalmazások:
Az árok periszkóphoz hasonlóak amelyeket különböző megfigyelésre alkalmaznak.
1 - Vadászatban fedett helyről való vadlesés.
2 - Sport vagy tömeges rendezvények megfigyelése.
3 - Ornitológiai (madártan) megfigyelés stb.

Az egyszerű kivitelű periszkóp felépítése - működése[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Egyszerű kivitelű nagyítás nélküli periszkópok elvi rajzai.
A –Síktükröket alkalmazó periszkóp.
B - Derékszögű prizmákat alkalmazó periszkóp .
1 - 2 - Síktükrök.
3 - 4 - Derékszögű prizmák.
5 - 6 - Megfigyelő személy.
7 - 8 - Periszkóp cső.
H - Periszkopikus magasság.

Felépítés szempontjából egy cső alakú eszköz, amelynek két végén - egymástól bizonyos távolságban - a cső hossztengelyével 45 fokban álló fényvisszaverő tükröző felületek (1-2-3-4) helyezkednek el.

A fényvisszaverő tükröző felületek az eszköz szerkezeti megoldásától függően lehetnek tükrök vagy prizmák. A tükröző felületek a csőben egymás felé néznek, egymással párhuzamos síkban elhelyezve.

A megfigyelt tárgyról érkező fényt a fejtükör vagy prizma 90 fokos irányeltérítéssel a másik tükörre vagy prizmára továbbítja, ahonnan a megfigyelő szemébe jut szintén 90 fokos irányeltérítéssel.
A mellékelt ábrán láthatóan a fény a periszkóp csőben (7 - 8) így egy nyújtott Z betűhöz hasonlító utat tesz meg.

Az így kialakított optikai eszköz lehetővé teszi, hogy a néző nem a saját szemmagasságában, hanem azzal párhuzamosan eltolva a tükrök vagy a prizmák távolsága által meghatározott H magasságban szemléli a megfigyelt tárgyat.

A fentiek szerin megszerkesztett, nagyítás nélküli periszkópok torzítástól és szini-eltéréstől mentes képet mutatnak, amennyiben megfelelő minőségű optikai elemeket alkalmaznak a kép továbbítására.
Az egyszerű periszkóp hátránya, hogy a készüléken keresztül a megfigyelt terep látszólag kisebbnek látszik a valóságnál.
A tükröző felületek élesen kimetszik a megfigyelt terep áttekinthető részét, viszont szabadszemű nézésnél a szem és a fej forgatásával pillanatok alatt tetszőleges terep tekinthető át.
Ettől a benyomástól az egyszerű periszkóp megfosztja a megfigyelő személyt, mert megszabja a kép méretét.
A nem túl nagynak mondható látómezőt az irányeltérítésre alkalmazott tükröző felületek rögzítik, szinte megmerevítik és a nézés irányszögét meglehetősen szűk határok közé szorítják.
Képalkotás szempontjából a tárgy képe látszólag olyan messze van a tükröző felületek síkja mögött , mint amilyen távol fekszik előtte a tárgy.
Közeli tárgyak megfigyelésénél a szem tárgypontról-tárgypontra mélységben alkalmazkodik, de ~ 14 méteren túl az akkomodáció megszűnik, és a szemlencse végtelenre áll be.
A tükröző felületek bizonyos mértékű rekeszelése miatt a kép élesebbnek látszik.
A látómező növelése (annál kisebb, minél nagyobb a H periszkopikus magasság azonos fényvisszaverő tükröző felületek esetén) nagyméretű tükröző 2 - 4 felületeket igényelne, így rejtett megfigyelésre alkalmatlan lenne mert a szemmagasság fölé nyúló 2 - 4 tükröző felületek könnyen észrevehetővé válnak.
Az egyszerű periszkópokat a látómező a nagyítás növelése valamint a látszólagos képkicsinyítés érdekében különböző egyéb optikai berendezésekkel egészítik ki mint pl. egy távcső beépítése.
Az így kiegészített periszkópokat "Távcsöves periszkópnak" nevezik.

Távcsővel kiegészített egyszerű periszkópok felépítése - működése[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Távcsővel kiegészített egyszerű periszkópok elvi rajzai.
A – Képfordításra egy lencsét (L2) alkalmazó periszkóp.
B - Képfordításra két lencsét (L2-L3) alkalmazó periszkóp.
1-3 - Védőüveg.
2-4 – Mezőrekesz vagy beosztással ellátott szállemez.
5-6 - Megfigyelő személy.
P - Derékszögű prizmák (vagy síktükrök).
L1 - Objektív lencse (tárgylencse).
L2 - (A rajz) - Képvisszaállító - lencse.
L3 - L4 - (A rajz) – Okulár lencsék.
L2 - L3 - (B rajz) – Képvisszaállító lencsék.
L4 - L5 - (B rajz) – Okulár lencsék.
L0 - Mezőlencse (egyes esetekben sík felülete átveheti a szállemez szerepét).
y - Távoli tárgy.
y' - Az y távoli tárgy képe - valódi, fordított állású, kicsinyített.
y" - Az y' képe - valódi, egyenes állású.
H - Periszkopikus magasság.

Az egyszerű kivitelű nagyítás nélküli periszkóp - legyen az tükörrel vagy prizmával kialakított - optikai teljesítménye nagymértékben növelhető egyéb optikai berendezések, mint pl. belső távcső vagy más optikai elemek alkalmazásával.
Szubjektív szempontból a távcsővel kiegészített és az egyszerű periszkópok egymáshoz nagyon hasonlóak, de optikailag lényeges különbség van közöttük.
A távcsővel kiegészített periszkópoknál a tárgylencsével alkotott képet az okulárral felnagyítva mint virtuális képet látjuk, az egyszerű kivitelű periszkóp esetében a szemlencse közbenső képalkotás nélkül az ideghártyán állítja elő a képet.
A távcső képalkotó eszköz, az egyszerű periszkóp csak a sugárzás irányát téríti el.

Képvisszaállításra egy lencsét alkalmazó periszkóp.[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Az A ábrán látható periszkóp az 1 fedőüvegen belépő végtelenben fekvő y tárgy sugarait a fejprizma 90 fokos irányeltérítéssel az L1 a tárgylencséhez vezeti.
Az L1 tárgylencse a végtelenben fekvő y tárgyról valódi (ernyőn felfogható), fordított állású, kicsinyített y’ képet állít elő képoldali gyújtópontjában az Lo mezőlencse síkjának közelében - egyes esetekben magában a lencsében.
Az y' képet az L2 képfordító lencse átveszi és az y" képpé egyesíti az okulár 2 mezőrekeszének síkjába amely visszafordított, egyenes állású oldalhelyes valódi kép.
Az L3 - L4 valamint a P prizmával kialakított okulárral az y" képet felnagyítva mint virtuális (látszólagos, ernyőn nem felfogható) képet szemléli a megfigyelő személy.
A periszkóp nagyítása:

N = (fL1 / fok) . β

Ahonnan:
N = a rendszer nagyítása
fL1 = az objektív lencse gyújtótávolsága
fok = az okulár gyújtótávolsága
β = az L2 lencse lineáris nagyítása, amely nem egyéb mint az L2 képvisszaállító - lencse által alkotott lineáris képméret viszonya az L1 tárgylencse által alkotott lineáris képmérethez.
Ismerve az okulár αl látszólagos látómezejét a rendszer valós látómezeje:

αv = αl / N .

Ahonnan:
αv = a periszkóp valós látómezejének értéke.
αl = az okulár látszólagos látómezejének értéke.
N = a periszkóp nagyítása.

Képvisszaállításra két lencsét alkalmazó periszkóp.[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A B ábrán látható periszkóp a végtelenben fekvő y tárgy sugarait a fejprizma 90 fokos irányeltérítéssel az L1 a tárgylencséhez vezeti.
Az L1 tárgylencse az y tárgyról fordított állású, kicsinyített y’ képet állít elő képoldali gyújtósíkjában az Lo mezőlencse sík felületén.
Az Lo mezőlencsének a tárgylencse mögött fontos szerepe van.
A látómező széléhez tartozó szög alatt belépő fénynyalábok a képsíkban történt metsződés után továbbhaladnak - emiatt nagy átmérőjű képfordító [1] lencsékre lenne szükség.
Ha a távolság az L1 lencsétől nagy, vagy az első L2 fordító lencse d2 átmérője kicsi, a fénynyaláboknak csak egy hányada jut az L2 fordító lencsébe, ez látómező és fényerő csökkenést okoz.
A látómező és fényerő csökkenés minimális értékre szorításának érdekében az L1 lencse gyújtósíkjába az L0 mezőlencsét helyezik.
A szög alatt belépő fénynyalábokat a mezőlencse úgy vezeti, hogy azok elérhessék az L2 lencsét és annak nyílását kitöltsék.

A mezőlencse hatása a tárgylencséből a fordítórendszer felé haladó sugárnyalábokra.
A mezőlencse az O1 O2 tengelyt a nyíl irányában a távcső optikai tengelyébe fordítja, így a sugárnyalábok a d2 átmérőjű L0 fordítólencse nyílását kitölti.
A periszkóp valós és látszólagos látómezejének ábrázolása.
αv - A periszkóp valós látómezeje.
αl - A periszkóp látszólagos látómezeje.

A mezőlencse majdnem minden esetben síkdomború lencse, domború felületével a tárgylencse felé fordítva - egyes esetekben fordulhat sík felével a tárgylencse felé.
Elhelyezésénél fogva a kép minőségét nem befolyásolja, hatása csupán abban nyilvánul meg, hogy a fénynyalábokat meghatározott értékkel bizonyos irányban eltéríti így jóval kisebb átmérőjű képfordító lencséket lehet alkalmazni.
A mezőlencse gyújtótávolsága - átmérője az adott rendszer optikai paramétereitől függ, általában a gyújtótávolsága (informatív) 150 - 200 mm, dm átmérője a periszkóp αv valós látómezejének függvénye amelyet szerkesztéssel vagy számítással határoznak meg az alábbi egyenlettel:

dm = 2fL1 . tg (αv / 2)

Ahonnan:
dm = a mezőlencse átmérője.
fL1 = az objektív lencse gyújtótávolsága.
αv = a periszkóp valós látómezejének értéke.

Helyezzük az L2 lencsét úgy az y’ kép mögé, hogy gyújtósíkja egybeessék az y’ kép síkjával.
Ebben az esetben az L2 a kollimátor (lásd a - Valós tárgyak leképezése gyűjtőlencsével.[2]) lencse szerepét tölti be, mert a gyújtósíkban fekvő y’ képtől származó sugarak párhuzamosan lépnek ki.
Az L2 lencse mögé bizonyos távolságban elhelyezett L3 lencse az L2 lencséből kilépő párhuzamos sugarakat gyújtósíkjába az y" visszafordított képpé egyesíti amit az L4 - L5 lencsékből valamint a P prizmából kialakított (osztott) okuláron keresztül figyelhető meg.
Ha a fordítórendszer tagjainak gyújtótávolsága egyenlő, akkor az első y’ kép mérete azonos a második y" kép méretével, ezért a nagyítás egyenlő azzal, amit akkor nyernénk, ha az okulárral közvetlenül az y’ képet néznénk.
Az egész periszkóp alapeleme az L1 tárgylencse és az L4 - L5 lencsékből valamint a P prizmából kialakított okulár.
A fordítórendszer, mint fénytani áttétel működik.

Az L2 - L3 képvisszaállító lencsék távolsága egymástól (a képvisszaállító rendszer leképzési hibái minimális értékre csökkennek[3]):

d = fL2 + fL3 / 2

A képek méretviszonya (egyenlő a fordítótagok gyújtótávolságának viszonyával):

β = y" / y’ = f3 / f2

A periszkóp nagyítása:

N = fL1 . fL3 / fL2 . fok.

Ahonnan:
N = a rendszer nagyítása.
fL1 = az objektív lencse gyújtótávolsága.
fL2 = az első képvisszaállító - lencse gyújtótávolsága.
fL3 = a második képvisszaállító - lencse gyújtótávolsága.
fok = az okulár gyújtótávolsága.

A periszkóptól m távolságra látható látómező két széle közötti D terület ábrázolása.

A periszkóptól m távolságra látható látómező két széle közötti D terület átmérője:

D = sinαv . m

Ahonnan:
D = Az m távolságra látható látómező két széle közötti D terület átmérője.
αv = A periszkóp valós látómezejének értéke.
m = A megfigyelt terület távolsága.

A rendszer valós látómezeje:

αv = αl / N .

Példa:
Határozzuk meg az alábbi adatokkal rendelkező periszkóp - N nagyítását , az αv valós látómezejének értékét, valamint az 1000 m-re látható látómező két széle közötti D távolság átmérőjét:
fL1 = 60 mm , fL2 - fL3 = 200 mm , fok = 40 mm , αl = 500, m = 1000 m

A fenti egyenletek szerint az adatok:

N = fL1 . fL3 / fL2 . fok. = 60 . 200 / 200 . 40 = 1.5 X
αv = αl / N = 50 / 1.5 = 33.330
D = sinαv . m = sin 33.33 . 1000 = 549.46 m

A példából látható, hogy a kis nagyítással együtt járó nagy valós látószög alkalmassá teszi a periszkópot nagy átmérőjű terület megfigyelésére.
A nagyítás fokozásával az αv valós látómező valamint egy adott m távolságra fekvö megfigyelt terület D átmérője csökken.
A periszkópok nagyítása - céltól függően - 1.2 - 10 x-es.
A két tagból álló képvisszaállító - rendszert a tengeralattjáró periszkópok[4], fegyver célzótávcső [5]valamint a tengerész távcsővek[6] esetében alkalmazzák a leg gyakrabban.

Tengeralattjáró periszkóp[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Attack periscope.png


Árok periszkóp[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Kisnagyítású árok periszkóp.
A kis nagyításal együttjáró nagy valós látószög alkalmassá teszi a lövészárokból történö nagy ellenséges terület megfigyelésére.


Tank periszkóp[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Bunker periszkóp[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Források[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  • Dr. Bárány Nándor - Optikai műszerek (Műszaki könyvkiadó Bp - 1954)
  • Heinz Pforte - Optikai műszerek (Műszaki könyvkiadó Bp - 1954)
  • S. Landsberg - Optika (Technikai könyvkiadó Bukarest - 1958)

További információk[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Commons
A Wikimédia Commons tartalmaz Periszkóp témájú médiaállományokat.