Заказнов Н.П., Кирюшин С.И., Кузичев В.И. - Теория оптических систем (1060803), страница 42
Текст из файла (страница 42)
Из рассмотрения хода главного н нижнего (иа входе) лучей последовательно до объектива, между объективом и полевой диафрагмой и между полевой диафрагмой н окуляром можно написать: О» = 2ар 1я ы — 2 (/( — зр,) 1я «ч + 2л»», (352) где ⻠— угол главного луча с осью за объективом; 1д»»» = = (/( + ар) 1к»» //(; т» — расстояние мюкду точкой пересечения главного и верхнего лучей на коллективной линзе окуляра, т» = — тФ»,//(.
8. Диаметр О» глазной линзы окуляра находят путем расчета хода верхнего луча через выходной зрачок: 0»= 2з'* 1я е'+2т', (353) где 2т' = й„0' нлн т' = л»,/Г,. После вычисления диаметров О, и Р» нх значения следует сопоставить с значениями О,„н О»„, приведенными в каталоге. В результате выполненных расчетов будут определены так называемые световые диаметры оптических элементов.
Полные диаметры должны быть больше световых, что зависит от способа крепления н диаметра. Зрительная' труба применяется главным образом в геодезических н астрономических инструментах, а также в прнзменных наблюдательных приборах, где прямое изображение получают с помощью призм, Для намерений нлн наведения зрительную трубу снабжают визирной сеткой, которая наносится на плоскопараллельную пластину, устанавливаемую в совмещенных фокальных плоскостях объектива н окуляра.
Цена деления Ьу сетки зависит от необходимой угловой величины Лв деления н фокусного расстояния объектива: йр = /(М(й "»). 220 77. Схема зрительной трубы Галмлея н ее расчет ал с и, и, ал с лт нт I Рвс. 178. Расиетиаи слема арвтельвов трубы Галилеи 22! В п. 71 отмечалось, что зрительная труба Галилея состоит (рнс.
178) нз положительного объектива н отрицательного окуляра н поэтому дает прямое изображение наблюдаемых предметов. Промежуточное иэображение, получающееся в совмещенных фокальных плоскостях, в отличие от изображения в трубе Кеплера, будет мнимым, поэтому визирная сетка отсутствует. Рассмотрим формулу (350) применительно к трубе Галилея. ДлЯ тонкого окУлЯРа можно считать, что ар = 77, тогДа ар = (ар — Гт) Г,' — Д. Эта формула легко преобразуется к следующему виду: ар = ар Г,'+~((Г, — Ц или ар Г,(ар Г, + Е).
(354) Как видим, удаление входного зрачка в трубе Галилея положительное, т. е. входной зрачок мнимый н находится он далеко справа эа глазом наблюдателя. Положение н размеры апертурной диафрагмы н выходного зрачка в трубе Галилея определяет зрачок глаза наблюдателя. Поле в трубе Галилея ограничивается ие полевой диафрагмой (она формально отсутствует), а внньетирующей диафрагмой, роль которой выполняет оправа объектива.
В качестве объектива чаще всего используют двухлннзовую конструкцию, которая допускает иметь относительное отверстие 1: 3 и угловое поле не более б ... 8'. Однако для обеспечения таких угловых полей прн значительном удалении входного зрачка объективы должны иметь большие диаметры. В качестве окуляра обычно применяют одиночную отрицательную линзу нлн двухлинзовый отрицательный компонент, которые обеспечивают угловое поле ие более 30 ... 40' прн условии компенсации полевых аберраций объекти- уг Рис. !79.
Зависимость углового поли от видимого увеличения в зрительнык трубак Галилея вом. Таким образом, в трубе Галилея трудно получить большое увеличение (обычно оно не превышает 6 ... ВХ, чаще 2,6 ... 4х), Зависимость угла в от увеличения для труб Галилея показана на рис. 179. б Таким образом, отметим достоинства зрительной трубы Галилея: прямое изображение; простота конструкции; длина трубы короче на два фокусных расстояния окуляра по сравнению с длиной подобной трубы Кеплера. Однако нельзя забывать и недостатки: г небольшие поля н увеличение; отсутствие б г 4 б ог' действительного изображения и, следовательно, невозможность визирования и измерений..
Расчет зрительной трубы Галилея выполним по формулам, полученным для расчета трубы Кеплера. Пример. Рассчитать трубу Галилея с видимым увеличением Гт = ЗК, угловым полем 2в= 4', диаметром выходного зрачка 0' = 4 мм, а'р. —— 12 мм, й = 40 мм. !. фокусные расстояния объектива и окуляра: 3 40 40 — 60 мм; 7; = — = — 20 мм. 2 е 2 2. Диаметр вкодного зрачка 0 = 0'Гт = 12 мм.
Таким образом, объектив имеет Д = 60 мм, 1; (,'!О = 1; 5, 2в = 4'. 3. По формуле (354) ар= 228 мм. 4. Угловое поле окуляра (2в= 4 ) !8 в'=Гт16 в= 0,105, 2в'= 12'. 5. Из рис. ! 78 следует, что диаметр объектива 0оо = 2ао 16 в = ! 596 мм. Примем 0оо = 16 мм. Прн найденном диаметре объектива 0ов = 16 мм и угловом поле 2в = 4' коэффиаиент виньетирования й„ =.0,5. Если внньетированне недопустимо, т. е. й,= 1, то диаметр объектива должен быть увеличен на диаметр входного зрачка, т.е.0 а а,=28мм.
6. Диаметр окуляра определим как диаметр глазной линзы окуляра по формуле(353): 0 „= 2ж'+ 2ар, !8 в'. для й„= 0,5 2лг' 2 мм, для й = 1 2гл' = 4 мм, тогда 0ок а о а = 4,52 мм; 0ок а ! = 4+ 2'!2'0 105 = = 6,52 мм. 78. Расчет прнзменного монокуляра )7ризменным монокуляром называется оптический прибор, представляющий собой простую зрительную трубу Кеплера с призмой или системой призм для перевертывания изображения, благодаря чему прибор.
дает прямое изображение. Кроме того, введение призм в оптическую схему монокуляра позволяет получить заданный угол отклонения (угол между оптическими осямн объектива и окуляра), обеспечивающий удобное положение головы наблюдателя и компенсацию вращения изображения. Если 222 Рис. !80. Схемы привмеииых моиоиуляров в монокуляре применяется одиночная призма, то для получения прямого изображения в приборе она должна иметь крышу. Схемы некоторых призменных монокуляров приведены на рис.
180. Монокуляр с призмой Шмидта (рис. 180, а) имеет угловое поле не более 8' н угол отклонения 45' между визирной осью (оптической осью в пространстве предметов) н оптической осью окуляра. Монокуляр с призмой Аббе (рнс. 180, б) иногда используют для изготовления призматических биноклей. Призма Пехана (рнс. 180, а) позволяет получить компактную вдоль осн систему благодаря большой длине хода луча внутри призмы. Если бннокулярный прибор, состоящий нз монокуляров, должен иметь повышенную пластичность н компактность, следует применять призму Лемана (рнс. 180, г). На рнс. 180, д, е показаны моноку.
ляры с прнзменнымн снстемамн Малафеева (соответственно 1-го и 2-го рода), Этн системы известны в некоторых странах, как системы Парра. Особенностью этих систем является то, что оптические осн объектива н окуляра не лежат в одной плоскости. На рнс. 180, ж приведена оптическая схема одного монокуляра стереотрубы: 1 — защитное стекло; 2 — головная призма; 3 — объектна, 4 — башмачная призма с крышей; 5 — клин; Б— сетка; 7 — окуляр. Особенностью этой схемы прнзменной зрительной трубы является пернскопичность, которая оценивается расстоянием между оптическими осямн объектива н окуляра. Оптическая схема артиллерийской панорамы, обеспечивающей пернскопнчность и возможность кругового обзора при неподвижном окуляре, приведена на рис. 180, з.
Головная призма 1 имеет возможность вращаться вокруг вертикальной осн, а для компенсации поворота изображения призма Дове 2 вращается вокруг МЗ втой же осн на угол в 2 раза меньший угла поворота головной призмы. Габаритный расчет призменного монокуляра подобен габаритному расчету простой трубы. Отличием является определение размеров призм. Для удобства расчета оптическую схему монокуляра разворачивают по горизонтальной оси, заменяют призму эквивалентной плоскопараллельной пластиной, редуцированной к воздуху.
Призмы размещаются как в параллельном ходе лучей, например, перед объективом (см. рис. 180,ж), так и в сходящихся пучках лучей за объективом (см. рис. 180, п — е). Для призм, расположенных в сходящихся пучках лучей, учитывается вызываемое имн удлинение хода луча. На значение этого удлинения увеличивается в реальной системе расстояние между поверхностями того пространства, в котором размещаются призмы. Расчет призм состоит в определении диаметра светового пучка лучей, который она должна пропустить, и места расположения призмы между объективом и окуляром. Все остальные размеры отражательных призм даны в нормалях и справочниках для пучка лучей круглого сечения н наибольшим диаметром (х.
Габаритный расчет отражательной призмы, расположенной в параллельном пучке, приведен в п. 29. Рассмотрим габаритный расчет призмы, расположенной за объективом. Для определения размера призмы на рис. 181 показан ход лучей после объектива. Как видно на рис. !81, а, диаметр хэх на входной грани призмы может определяться ходом внеосевого луча 2 или ходом осевого луча ! (Ре — рис. 181, б), а наибольший световой диаметр х1э выходной грани определяется лучом 2.
Расстояние бэ от последней поверхности ОэВэ призмы до фокальной плоскости объектива выбирают таким, чтобы размеры призмы были минимальными, а допуск на изготовление крыши у призмы был шире. Оба эти условия выполняются при размещении призмы в непосредственной близоети от фокальной плоскости. Однако размещать заднюю грань слишком близко к фокальной плоскости не следует, так а2 Рис. 1й. Пвдэча е сходящемся ходе ддчеа 224 как все дефекты стекла (пузыри, камни, мелкие царапины н пылинки) будут резко видны в поле окуляра н будут мешать наблюдению. В то же время удалению призмы от фокальной плоскости пропорционально двоение изображения вследствие погрешностей в изготовлении угла крыши призмы. Поэтому оптимальным положением призмы будет такое, при котором ее последняя поверхность размещается перед фокальной плоскостью окуляра так, что изображение поверхности после окуляра получается вне пределов аккомодацин глаза наблюдателя.
Этому соответствует разность сходнмостн Ад за окуляром: Ад — — !О ... 20 дптр. Величины Ь, н А связаны формулой Ь, = /з Ад/1000. С помощью рис. 181 можно вывести следующие расчетные формулы: Ра — — ибгР/(л/[ — с0); Рз = 2у'+ 2(Ьз//1[) [0,5Ь О+(/1+ ар) 1я в1); Ь, [0,5Ь„0+ (/[+ ар) ~Х в,[ — /; !д в, 0,=2л л/[ — 2а [0,5л О+ (/[+ ар) 1я в (355) нли 0з = 2(у'+ Ь1А//[); (356) 01 = 2л (ЬзА — /[ 1й в,)/(л/[ — 2сА), (357) где Р— диаметр входного зрачка; с = б/Р, (( = 0; 1; 2; ...); А = 0,5Ь Р + (/1 + ар) 1д в~ (А = /и — у'). Отношение А//[ —— 1я вв н если 1я вз ) О, то наибольший размер имеет входная поверхность призмы. Ее размер рассчитывают по формулам (355) нлн (357). Если 2у' ) О, то 1д в, всегда меньше нуля и наибольший размер имеет выходная поверхность призмы. Этот размер определяют по формуле (356). К найденному наибольшему световому размеру 0 прибавляют припуск на оправу н находят все остальные размеры призмы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
