Разработка оптической системы призменного монокуляра с видимым увеличением 6х с призмой АкР-45о

Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Выбор оптической схемы и определение основными характеристик

2. Габаритный расчет оптической схемы

2.1 Расчет и выбор окуляра

2.1.1 Определение углового поля окуляра

2.1.2 Выбор окуляра

2.2 Определение диаметра входного зрачка монокуляра

2.3 Определение фокусного расстояния объектива

2.4 Определение диаметра полевой диафрагмы

2.5 Определение углового поля монокуляра

2.6 Расчет параметров сетки

2.7 Расчет призмы

3. Определение аберраций компонентов

3.1 Аберрационный расчет окуляра и призмы

3.1.1 Продольная хроматическая аберрация

3.1.2 Продольная сферическая аберрация

3.1.3. Меридиональная кома

3.2 Расчет аберраций призмы по программе OPTIC

3.3 Расчёт условия взаимной компенсации аберраций объектива, призмы и окуляра

4. Расчет или выбор объектива

5. Габаритный расчет системы призменного монокуляра в программе OPTIC

6. Оценка качества изображения оптической системы призменного монокуляра

7. Графическая часть работы

Заключение

ВВЕДЕНИЕ

Призменный монокуляр - оптический прибор, представляющий собой простую зрительную трубу Кеплера с призмой или призменной системой для получения прямого изображения. Кроме того, введение призм в оптическую систему позволяет сократить габариты оптической системы, получить заданный угол между оптическими осями объектива и окуляра, который должен обеспечить удобное положение головы наблюдателя и компенсацию вращения изображения. Это положительные стороны использования призм. Однако введение призм или призменных систем в качестве оборачивающих систем увеличивает массу прибора, появляются технологические трудности, связанные с изготовлением и юстировкой

Если в монокуляре применяется одиночная призма, то для получения прямого изображения она должна иметь «крышу». В таблице 1 приведены некоторые схемы монокуляров с призменными оборачивающими системами.

Таблица 1 - Схемы призменных монокуляров



Как видно из приведенных схем, призменная оборачивающая система позволяет существенно уменьшить габариты оптической системы вдоль оптической оси, за счет её излома.

Особенность габаритного расчета оптической системы с призменной оборачивающей системой состоит в том, что необходимо определить положение и габариты призм, входящих в призменную систему.

1. ВЫБОР ОПТИЧЕСКОЙ СХЕМЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

Основанием для разработки оптической схемы прибора является техническое задание (ТЗ), которое содержит основные характеристики системы, а также требования по достижению определенного качества изображения.

Техническое задание:

Видимое увеличение ГТ = 6,5Ч

Угловое поле в пространстве предметов 2щ = 7°

Диаметр выходного зрачка D' = 4 (мм)

Удаление выходного зрачка от последней поверхности S'Р' = 25 (мм)

Тип призменной системы - АкР-90

Цена деления сетки C = 0-05

2. ГАБАРИТНЫЙ РАСЧЕТ ОПТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

Цель габаритного расчёта - определение основных конструктивных параметров призменного монокуляра: диаметр входного зрачка, угловое поле в пространстве изображений (угловое поле окуляра), положение и размеры призмы, конструктивные параметры сетки. Габаритный расчёт призменного монокуляра проводится аналогично расчёту зрительной трубы Кеплера.

Рисунок 1-Телескопическая система Кеплера

2.1 Расчёт и выбор окуляра телескопической системы

а) Для симметричного окуляра:

(мм)

б) Для окуляра Кельнера:

(мм)

в) Для окуляра с удалённым зрачком:

(мм)

2.1.1 Определение углового поля окуляра

Угловое поле окуляра определим по формуле:

tg щ' = Г • tg

где tg щ' - угловое поле окуляра в пространстве изображений

tg щ - угловое поле окуляра в пространстве предметов

2.1.2 Выбор окуляра

Исходя из этого выбираем симметричный окуляр: (мм)

Проверка:

Рисунок 2 - Схема окуляра с удалённым зрачком

Основные параметры окуляра и его конструктивные параметры представлены в таблице 2

Таблица 2. Основные параметры окуляра и его конструктивные параметры

Обозначения	Фокусное расстояние	Sf	S'f'	2w	Dпд	L	D	D2	d3	d4
3У-F25	25	-7.3	24	50	23.5	35.4	28.6	26,2	0.2	0.2
№ Линзы	r1	r2	d	стекло
1	-35,04	23,94	2,5	Ф13
2	23,94	-23,94	13,0	К8
3	41,15	-21,69	11,5	К8
4	-21,69	-108,12	2,0	Ф13
5	35,04	-108,12	6,0	К8

2.2 Определение диаметра входного зрачка призменного монокуляра

(мм)

2.3 Определение фокусного расстояния объектива монокуляра

(мм)

2.4 Определение диаметра полевой диафрагмы призменного монокуляра

(мм)

2.5 Определение углового поля монокуляра

2.6 Определение основных параметров сетки

Диаметр сетки:

(мм)

Толщина сетки: dc=1/921,38=2,37

(мм)

Ширина штриха:

угловых минут

Количество штрихов:

Длина шкалы:

2.7 Расчёт призмы

Рисунок 4 - Призма АкР-90

Дz - расстояние от фокальной плоскости окуляра до призмы



Выбираем ДZ = 9,375 (дптр)

Из расчётов следует, что диаметр полевой диафрагмы (DП.Д.) меньше, чем диаметр входного зрачка (D):

- световой диаметр призмы

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ АББЕРАЦИЙ КОМНОНЕНТОВ

3.1 Аберрации призмы в сходящемся пучке

3.1.1 Продольная хроматическая аберрация

(мм)

d = 1,732 •22,64 = 39,212 (мм)

нК8 = 63,83

3.1.2 Продольная сферическая аберрация

3.1.3 Меридиональная кома

3.2 Расчёт аберраций призмы по программе OPTIC

1)

2)

3)

Результаты расчета призмы представлен на рис.5,6

Рис.5 Расчет призмы по программе OPTIC

Рис. 6. Расчет призмы по программе OPTIC

Результаты расчета окуляра в обратном ходе представлены на рис. 7, 8

Рис.7. Результаты расчета окуляра в обратном ходе

Рис.8 Результаты расчета окуляра в обратном ходе

3.3 Расчёт условия взаимной компенсации аберраций объектива, призмы и окуляра

оптический диафрагма монокуляр призма

1)

2)

3)

Зная аберрации окуляра и призмы, найдём аберрации объектива

ОКУЛЯР	ПРИЗМА

4. РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ОБЪЕКТИВА

Поскольку , то крон впереди

Зная и по монограмме Слюсарева выбираем марку стекла: БФ7ТФ3.

Марка стекла
БФ7ТФ3	-0,0025	0,27	2,046	-4,06
	0	-0,39	2,209	-4,53

Найдём значения Pнеобх, цнеобх, Qнеобх:

БФ7ТФ3

Расчёт радиусов кривизны тонкого объектива:

Результаты расчета тонкого объектива представлены на рис. 9, 10

Рис. 9 Результаты расчета тонкого объектива

Рис. 10. Результаты расчета тонкого объектива

Расчёт реальных толщин и радиусов кривизны объектива

Введём в программу OPTIC полученные толщины и радиусы.

Результаты расчета объектива представлены на рис. 11,12, 13

Рис. 11 Результаты расчета объектива

Рис. 12. Результаты расчета объектива

Рис. 13 Результаты расчета объектива

5. ГАБАРИТНЫЙ РАСЧЕТ СИСТЕМЫ ПРИЗМЕННОГО МОНОКУЛЯРА В ПРОГРАММЕ OPTIC

Результаты расчета монокуляра представлены на рис. 14,15, 16, 17, 18, 19

Рис.14. Результаты расчета монокуляра

Рис.15 Результаты расчета монокуляра

Рис.16 Результаты расчета монокуляра. Поперечные аберрации осевого пучка лучей монокуляра

Рис.17 Результаты расчета монокуляра. Продольные аберрации осевого пучка лучей монокуляра

Рис.18 Результаты расчета монокуляра Аберрации главных лучей монокуляра

Рис.19 Результаты расчета монокуляра. Аберрации наклонных пучков лучей монокуляра

6.ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ИЗОБРАЖЕНИЯ ОПТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ПРИЗМЕННОГО МОНОКУЛЯРА

Качество изображения оптической системы можно оценить по результатам суммирования аберраций компонентов.

Для телескопических систем изображение предметов после окуляра лежит в бесконечности, поэтому аберрации следует выражать в угловой мере или в диоптрийной. Несовершенство исправления аберраций телескопической системы характеризуется не параллельностью лучей в выходящих из нее пучках.

Все результаты расчетов аберраций сводятся в таблицу 3, для их сравнения с допустимыми значениями остаточных аберраций для оптических систем дневных визуальных телескопических приборов.

Для поперечной сферической аберрации и хроматизма положения в скобках приведены значения для координаты 10мм (80% от максимальной).

поперечная хроматическая аберрация монокуляра: Ду'F'C' = ДU'(1-2)

поперечная сферическая аберрация монокуляра: Дy' = ДU'(0)

меридиональная кома монокуляра:

астигматизм: дптр

кривизна изображения: дптр

Таблица 3 - Оценка качества изображения оптической системы

Аберрации	Остаточные аберрации рассчитанной оптической системы	Допустимые величины остаточных аберраций телескопических систем
Поперечная сф. аберрация	()
Хроматизм положения	()
Меридиональная кома
Дисторсия	3,19 %
Астигматизм	3,78 дптр	дптр
Кривизна изображения	0,45 дптр	дптр

7. ГРАФИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ РАБОТЫ

Графическая часть работы включает в себя рабочие чертежи деталей и принципиальную оптическую схему призменного монокуляра.

Для выполнения чертежа схемы оптической принципиальной и чертежей сборочных единиц и оптических деталей,- входящих в схему, требуется провести необходимые расчеты.

Необходимо определить разрешающую способность призменного монокуляра по формуле:

, (1)

где - разрешающая способность, угловые секунды;

D - диаметр входного зрачка, мм.

В формулу (1) подставляются значения:

.

Для компенсации аметропии глаза наблюдателя вводится диоптрийная подвижка окуляра, величина которой для положительного окуляра может быть рассчитана по следующей формуле:

, (2)

где - диоптрийная подвижка, мм;

- фокусное расстояние окуляра, мм;

N - обычно принимается плюс-минус 5 диоптрий.

В формулу (2) подставляются значения для определения диоптрийной подвижки окуляра, результаты расчетов сводятся в таблицу 4.

Таблица 4 - Диоптрийная подвижка окуляра

N, дптр	-5	-4	-3	-2	-1	0	1	2	3	4	5
,мм	-3,1	-2,5	-1,9	-1,3	-0,6	0	0,6	1,3	1,9	2,5	3,1

Значение коэффициента светопропускания системы определяется по формуле:

, (2)

где - коэффициент светопропускания;

к - число непросветленных поверхностей «воздух - крон»;

ф - число непросветленных поверхностей «воздух - флинт»;

m1 - число однослойно просветленных поверхностей;

m2 - число двухслойно просветленных поверхностей;

m3 - число трехслойно просветленных поверхностей;

d - суммарная длина хода осевого луча в стекле, см.

Суммарная длина хода осевого луча в стекле d определяется как сумма толщин вдоль оптической оси всех линз, сетки, призмы:

.

При расчете коэффициента пропускания принимается, что сетка не просветляется, а все остальные несклеиваемые преломляющие поверхности имеют трехслойное просветляющее покрытие.

Следовательно: к = 2; ф = 0; m1 = 0; m2 = 0; m3 = 8;

В формулу (2) подставляются значения, определяется коэффициент светопропускания системы:

.

Для выполнения чертежа схемы оптической принципиальной и чертежей сборочных единиц и оптических деталей,- входящих в схему необходимо знать световые диаметры, стрелки прогибов, фокусные расстояния и фокальные отрезки оптических деталей.

Для выполнения рабочего чертежа призмы необходимо рассчитать по формуле допуск на изготовление угла крыши:

, (3)

где - допуск на изготовление угла крыши, угловые секунды;

- фокусное расстояние окуляра, мм;

- угол падения пучка лучей на ребро крыши, угловые градусы (для призмы АкР - 00 этот угол равен 300);

- показатель преломления материала призмы (для К8 равно 1,5183);

Х - расстояние от выходной грани призмы до фокальной плоскости окуляра, мм.

По формуле (3) рассчитывается допуск на изготовление угла крыши:

.

Из конструктивных соображений принимается равным 9

Используя полученные данные, делаются чертежи схемы оптической принципиальной призменного монокуляра, чертежи сборочных единиц и оптических деталей,- входящих в схему, в полном соответствии с требованиями действующих ГОСТ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Оптическая система призменного монокуляра с видимым увеличением 6,5 крат с призмой АкР-90 даёт изображение удовлетворительного качества. Остаточные аберрации в угловой мере не превышают 3', хроматизм положения составляет 0,05 дптр, астигматизм и кривизна поля изображения не превышают 3 дптр; дисторсия не превышает допуск 7%, хроматическая аберрация увеличения в зрительных трубах входит в допуск 0,5-1%. Наша система этим требованиям полностью удовлетворяет.

Размещено на Allbest.ru