Техническое задание на курсовой проект Введение Обоснование выбора оптической схемы Определение основных оптических характеристик



жүктеу 108.41 Kb.
Дата11.06.2016
өлшемі108.41 Kb.

Оглавление



  1. Техническое задание на курсовой проект

  2. Введение

  3. Обоснование выбора оптической схемы

  4. Определение основных оптических характеристик

  5. Габаритный расчёт

  6. Выбор окуляра

  7. Определение аберраций объектива

  8. Расчёт объектива

  9. Контрольный расчёт

10. Приложения

11. Список используемой литературы



Задание на курсовой проект


Вариант М-4
По курсу Теория Оптических Систем

Студент Дмитриев Владимир Михайлович

Руководитель Кузичев Владимир Иванович
Тема проекта Оптическая схема призменного монокуляра
Техническое задание

Монокуляр предназначен для наблюдения в зените откло- нения разрывов градобойных снарядов от цели, находящейся в зените на высоте Максимальное отклонение разрывов Прибор должен позволять отчетливо заметить отклонение Длина системы Наблюдения в сумерках.




  1. Определить основные характеристики

  2. Выбрать и обосновать оптическую схему

  3. Выполнить габаритный и светоэнергетический расчёт

  4. Произвести контрольный расчёт хода лучей через систему

тонких компонентов

  1. Рассчитать аберрации призмы

  2. Подобрать по каталогу окуляр

  3. Рассчитать аберрации объектива

  4. Выполнить аберрационный расчёт объектива

  5. Просуммировать аберрации всей системы и лать оценку качества изображения

  6. Составить пояснительную записку и выполнить чертежи :

-Оптическая схема;

-Оптическая схема тонких компонентов с

показателем хода лучей;



-Оптический выпуск объектива.

Введение


Призменным монокуляром называется прибор, оптическая система которого представляет собой простую зрительную трубу с призмой или системой призм для перевертывания изображения, благодаря чему весь прибор создает прямое изображение.

Призменный монокуляр применяется и как самостоятельный прибор (буссоль,перископы и т.п.), и как составная часть стереоскопи- ческих наблюдательных систем (дальномеры, стереотрубы).

Если в монокуляре используется одиночная призма, то для получения прямого изображения в приборе она должна иметь крышу.

Существует много разновидностей призм. Призма Шмита позволяет иметь в монокуляре угловое поле не более 8° и образует угол отклонения в 45° между визирной осью (оптической осью в пространстве предметов) и оптической осью окуляра. Монокуляр с призмой Аббе иногда используют для изготовления призматических биноклей. Призма Пехана позволяет получить компактную вдоль оптической оси систему благодаря большой длине хода лучей внутри призмы. Если наблюдательный прибор должен иметь повышенную пластичность и компактность, то следует применять в схеме призму Лемана. Особенностью схем монокуляров с призменными системами О.Н.Малофеева (в иностранной литературе известных как системы Порро) является то, что оптические оси объектива и окуляра не лежат в одной плоскости.

Обоснование выбора оптической схемы




Естественно, что для наблюдения за удаленным объектом необходима телескопическая система, состоящая как минимум из объектива и окуляра. Для согласования направления на объект и горизонтального расположения зрительной оси оператора необходима отражательная призма с углом отклонения 90°. А также изображение должно быть прямым (важно правильно оценивать место попадания градобойного снаряда), призму снабжают крышей.

Т
аким образом, оптической схемой прибора является схема призменного монокуляра, состоящая из объектива, прямоугольной крышеобразной призмы и окуляра (см.рисунок). Таким образом, оптической схемой прибора является схема призменного монокуляра, состоящая из объектива, прямоугольной крышеобразной призмы и окуляра (см.рисунок 1).

Рисунок 1

Определение основных оптических характеристик


0сновными оптическими характеристиками телескопической системы, как известно, являются видимое увеличение ,угловое поле 2 и диаметр выходного зрачка .

Видимое увеличение можно выразить через отношение угловых пределов разрешения в пространстве изображения ’ и в пространстве предметов :



Неоходимое разрешение в пространстве изображений - разрешение глаза (1), но лучше взять разрешение, исходя из достаточности иметь впечатление от изображения минимального отклонения не хуже, чем от миллиметровых делений на расстоянии наилучшего видения (250 мм.), тем самым не нагружая полностью глаз:

или =13,75’

Угловое предел разрешения в пространстве предметов равен отношению минимального отклонения  к высоте разрывов Н, т.е.

или =2,75’

Тогда видимое увеличение равно

Следует помнить, что призма с крышей, которую будем использовать имеет видимое увеличение ,поэтому





Угловое поле 2 зависит от линейного поля 2=2 и высоты разрывов снарядов =20 км по формуле ,

откуда , т.к.. Тогда ,

а .Получим угловое поле



Для определения диаметра выходного зрачка воспользуемся зависимостью диаметра зрачка глаза от яркости фона. Так как наблюдение производится в сумерках, то диаметр зрачка глаза можно принять . Считая, что , принимаем диаметр выходного зрачка

Т.к. , следовательно .Тогда ожидаемый предел разрешения ,тогда прибор имеет линейный предел разрешения в пространстве предметов , что значительно выше требуемого .



Получили следующие характеристики ОС: .


Габаритный расчёт


Габаритный расчёт проводится с целью получения исходных данных для расчёта отдельных оптических узлов, последующего аберрационного расчёта, а также для детальной разработки механической части всего проектируемого прибора. Для удобства расчёта ОС монокуляра развернём по горизонтальной оси и заменим призму эквивалентной пластинкой (см.рис.3).

 диаметр входного зрачка уже определили ранее ;

 определение углового поля окуляра :

, , откуда ,

соответственно ;

 определим фокусное расстояние окуляра :

оно находится из системы уравнений



получаем




 определим фокусное расстояние объектива :

 определение положения выходного зрачка по формуле Ньютона:

входной зрачок является оправой объектива,

расчёт призмы состоит в определении диаметра светового пучка лучей, который она должна пропустить, и места призмы между объективом и окуляром.




В нашем случае призма должна отклонить оптическую ось на 90, следовательно, с учётом полного перевёртываня изображения в монокуляре следует поставить, как уже оговаривалось ранее, прямоугольную призму с крышей АкР-90


Основные размеры призмы:

Рисунок 2


Считают, что наилучшим положением призмы будет такое, при котором расстоянию от призмы до фокальной плоскости в пространстве изображений после окуляра соответствует разность сходимостей в 10-20 дптр. Расстояние от фокальной плоскости окуляра до призмы, соответствующее разности сходимостей в Д дптр
Для окуляра =25мм

П
ринимаем , соответствующее сходимости в 16 дптр.

Для определения значения рассмотрим ход лучей после объектива (см.рис4).Свободное отверстие на входной грани призмы может определяться ходом луча 1 (),идущего через край входного

зрачка параллельно оптической оси, или луча 2 (), идущего под углом и пересекающего плоскость входного зрачка на высоте :



или ( АкР-90)

Свободное отверстие на выходной грани определяется лучом 2



Углы лучей 1 и 2 с оптической осью после объектива находятся по известной формуле углов . Тогда







, примем коэффициент

виньетирования



.

Значение диаметра вычисляется по выше приведённой формуле



Теперь известны сл. значения: ; ; . Пусть призма будет изготовлена из стекла К8, показатель преломления для основного цвета , расстояние ,



.

Тогда

и .

Берём наибольшую величину , добавляем около 4 мм на фаски, крепление и юстировку и получаем .

Берём , тогда по вышеприведённым формулам определяем все размеры призмы :

; ;

; .

Определим расстояние от задней главной плоскости объектива до призмы следующим образом:



 определим диаметр полевой диафрагмы по формуле




(см.рис.4) ,

полевая диафрагма находится в .

Рисунок 3


Рисунок 4

Выбор окуляра




По фокусному расстоянию и угловому полю можно выбрать

из справочников окуляр. В нашем случае:

Для данного случая можно применить

симметричный окуляр

С1-25.3


Этот окуляр имеет следующие параметры:


; ; .

Также остальные данные даны в приложение 1.



Определение аберраций объектива


Известна, что монокуляр не будет искажать изображения наблюдаемых предметов, если аберрации объектива компенсируют суммарные аберрации окуляра и призмы.

Тогда объектив, очевидно, должен иметь:

а) сферическую аберрацию ,

где - сферическая аберрация окуляра в обратном

ходе лучей;



- сферическая аберрация призмы;

б) меридиональную кому

где - меридиональная кома окуляра в обратном

ходе лучей;



- меридиональная кома призмы;

в) хроматическую аберрацию положения

где - хроматическую аберрация окуляра в обратном

ходе лучей;



- хроматическую аберрация призмы;

Аберрации окуляра определяются из каталога по данным оптического выпуска, а аберрации призмы – по формулам для плоскопараллельной пластинки.

Определение аберраций выбранного окуляра

Т.к. в каталоге имеются аберрации окуляра с , что подходит выбранному, то возьмём аберрации из уже рассчитанных и приведённых в справочнике окуляров. Тогда имеем в обратном ходе лучей следующие аберрации



- сферическая аберрация окуляра,

- меридиональная кома окуляра,

- хроматическая аберрация окуляра.

Определение аберраций выбранной призмы

Вычисления проведём по следующим формулам :

сферическая аберрация

меридиональная кома

хроматическая аберрация ,

где - угол наклона осевого крайнего луча перед призмой

- угол наклона главного луча перед призмой

;;;; для К8

С учётом этого получим







Определение аберраций объектива

На основании вышеизложенных формул, учитывая аберрации окуляра

и призмы, получаем аберрации объектива:









Расчёт объектива

Мы должны рассчитать объектив со следующими характеристиками и аберрациями :

фокусное расстояние ;относительное отверстие 1:4;

угловое поле ; сферическая аберрация ; меридиональная кома ; хроматическая аберрация положения .

Расчёт двухлинзового склеенного объектива может быть выполнен по одному из известных способов, изложенных в литературе.Способ, который приводит проф. И.А.Турыгин, не требует специальных таблиц, но при этом имеется возможность исправить две аберрации: сферическую и хроматизм положения. Способ является следствием методики расчёта двухлинзового объектива, предложенной и разработанной проф. Г.Г.Слюсаревым. Расчёт по этой методике выполняется с помощью специальных таблиц, позволяющих выбрать такую пару стёкол, при которой можно исправить хроматизм положения, сферическую аберрацию и уменьшить меридиональную кому.
Осуществляем переход от заданных аберраций объектива к основным параметрам тонкой системы ,и

Воспользуемся формулами



; ; ,

где .

Из формул получаем, что

,

,

где ;



.

Вычисляем параметр по формуле

где принимаем равным (для “крон вперёд”), т.к.

По таблице-номограмме для и находим, что этим значеням соответствует 17-я клетка, для которой имеются следующие пары стёкол:

К8ТФ1, ТК2Ф1, ТК2ТФ1, ТК2Ф2, ТК2Ф2, БК4ТФ2, БК6ТФ2, БК4ЛФ10, ТК2Ф4, ТК2Ф13, БФ7ТФ3. Наиболее подходящая комбинация выбирается или из графика , или интерполяцией.

Для нас наиболее подходящей оказалась комбинация БК4ЛФ10, для которой получим : ;;и для комбинации “крон вперёд”

Определим значение :

Находим значения углов и :



и

Выбранные марки стёкол имеют следующие параметры :

БК4:

ЛФ10:





Определим толщину линз объектива.

Толщину положительной линзы по формуле

,где - толщина линзы по краю.

, примем .

Толщину отрицательной линзы должна быть такой, чтобы при её изготовлении не происходило бы “коробления” цвета, то есть чтобы линза не прогиблась. Её толщину по оси рекомендуется выбирать в пределах от до .Для нашего случая от до .

Примем .

Вычислим радиусы кривизны поверхностей объектива по известной формуле ;









Получим






Контрольный расчёт

Итак, исходный вариант объектива имеет следующие конструктивные параметры:















Рассчитываем в программном приложении “Призма” получившуюся систему и получаем остаточные аберрации:







©dereksiz.org 2016
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет