Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

38

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Московский государственный технический университет

им. Н.Э. Баумана

С.И. КИРЮШИН

Утверждено редсоветом МВТУ как учебное пособие в 1983 году

ГАБАРИТНЫЙ И АБЕРРАЦИОННЫЙ РАСЧЕТ
ПРИЗМЕННОГО МОНОКУЛЯРА

Учебное пособие для курсового проектирования

по курсу «Прикладная оптика»

Электронный вариант переработан и дополнен

Доцентом кафедры РЛ-3 Бодровым С.В.

Ст. преподавателем кафедры РЛ-3 Качуриным Ю.Ю.

Москва

2010

Данное учебное пособие издается в соответствии с учебным планом.

Рецензенты: к.т.н. доц. ВЗМИ Кахновский В.М.

ст. преп. Волков С.В.

(с) Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение .......................................................................................3

1. Обоснование выбора оптической схемы и определение
основных оптических характеристик ...................................6

2. Габаритный расчет ...................................................................8

3. Определение аберраций объектива ...................................…15

4. Расчет объектива .................................................................…18

5. Оценка качества изображения оптической системы
призменного монокуляра ......................................................24

Литература ..............................................................................….26

Приложения .................................................................................27

О замеченных опечатках просьба сообщать по адресу

Станислав Иванович Кирюшин

ВВЕДЕНИЕ

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

Свое применение призменный монокуляр нашел и как самостоятельный прибор (буссоль, перископы и т.п.), и как составная часть стереоскопических наблюдательных систем (дальномеры, стереотрубы).

Зрительные трубы по виду использованных в них элементов бывают линзовыми или зеркально-линзовыми и построены по одной из схем:

- схема Галилея (рис.1)

- схема Кеплера (рис. 2)

Зрительная труба Галилея состоит из положительного объектива и отрицательного окуляра. К достоинствам таких зрительных труб можно отнести простоту конструкции, малые габариты и получаемое прямое изображение. К недостаткам можно отнести малость углового поля , вызванного большим расстоянием от выходного зрачка трубы(изображения оправы объектива в окуляре) до глазного зрачка. Из-за этого эти трубы имеют малое увеличение – от двух до пяти, в редких случаях до шести. При больших увеличениях создается впечатление, что смотришь через узкую длинную трубу. Кроме того, в зрительной трубе Галилея отсутствует плоскость промежуточного изображения.

По этому зрительная труба Галлия нашла широкое применение только в театральных биноклях.

Зрительная труба Кеплера состоит из положительных объектива и окуляра. Применение положительного окуляра позволило обеспечить достаточно большие угловые поля. К достоинствам зрительной трубы Кеплера можно отнести наличие плоскости действительного промежуточного изображение. В эту плоскость для решения ряда задач устанавливают сетки, экраны, фильтры.

Для согласования направления на объект (визирная ось) и, как правило, горизонтально расположенной оси окуляра в конструкции предусмотрена одиночная призма или система призм.

Кроме того, для адекватного наблюдения за объектами возникает необходимость получения прямого изображения. Решение этой задачи может быть осуществлено различными способами: либо с помощью призменных оборачивающих систем, либо с помощью линзовых оборачивающих систем. Если в монокуляре используется одиночная призма, то для получения прямого изображения в приборе она должна иметь крышу.

Р

ассмотрим схемы некоторых призменных монокуляров. Призма Шмидта (рис. 3) позволяет иметь в монокуляре угловое поле не более 8° и обеспечивает угол отклонения в 45° между визирной осью (оптической осью в пространстве предметов) и оптической осью окуляра. Монокуляр с призмой Аббе (рис.4) иногда используется для изготовления призматических биноклей. Призма Пехана (рис.5) позволяет получить компактную вдоль оси оптическую систему благодаря большой длине хода лучей внутри призмы. Если наблюдательный прибор должен иметь повышенные пластичность и компактность, то следует применять в схеме призму Лемана (рис.6).

На рис. 7 и 8 показаны оптические схемы монокуляров с призменными системами О.Н. Малафеева (соответственно I и II рода, в иностранной литературе известных как системы Порро). Особенностью этих схем является то, что оптические оси объектива и окуляра не лежат в одной плоскости

Приведенная на рис.9 оптическая схема монокуляра стереотрубы включ6ает следующие элементы: защитное стекло (1), головная призма АР-90 (2), объектив (3), башмачная призма с крышей (4), клин (5), сетка (6), окуляр.(7). У монокуляра стереотрубы повышенная перископичность, которая оценивается расстоянием между оптическими осями объектива и окуляра.

Разработка оптической системы призменного монокуляра осуществляется в такой последовательности:

1. Обоснование выбора оптической схемы и определение основных характеристик.

2. Габаритный расчет.

3. Выбор или расчет окуляра и призмы и определение требуемых значений аберраций объектива.

4. Расчет объектива.

5. Оценка качества изображения.

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

Рассмотрим расчет монокуляра на примере.

Т

ехническое задание.

Спроектировать прибор для наблюдения за перемещениями метеорологического шара, которое происходит на высоте Н=90 км и в S=50 км по горизонту от пункта наблюдения и в плоскости, перпендикулярной линии наблюдения (рис.10). Шар будет отклоняться от начального положения на S=8 км. Ось окуляра должна быть горизонтальна. Прибор должен позволять заметить отклонение шара в S_min=50 м, причем впечатление от изображения этого минимального отклонения должно быть не хуже, чем от миллиметровых делений линейки. Наблюдения проводятся в сумеречное время (восход, заход Солнца) при ожидаемой минимальной яркости фона (небо, облака) L_V,Ф=0,45 Кд/м². Допускается падение освещенности на краю поля вдвое. Зрительная ось оператора должна быть горизонтальной. Длина системы L=270 мм.

1. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ОПТИЧЕСКОЙ СХЕМЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ОПТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК

Д

ля наблюдения за метеорологическим шаром, находящемся на удалении км необходима телескопическая система. А так как надо фиксировать его минимальные перемещения, то в конструкции системы должно быть предусмотрено место для сетки с делениями. Обычно, такая сетка устанавливается в переднюю фокальную плоскость окуляра. И следовательно для решения нашей задачи подходит телескопическая труба, построения по схеме Кеплера.

Для согласования направления на объект и горизонтального расположения зрительной оси оператора необходима отражательная призма. А так как изображение должно быть прямым (важно правильно оценивать направление перемещения метеошара), призму снабжаем крышей.

Таким образом, оптической схемой прибора является схема призменного монокуляра, состоящая из телескопической системы, построенной по схеме Кеплера, и призмы с крышей, размещенной между объективом и окуляром телескопической системы (см. рис. 11).

Основными оптическими характеристиками телескопической системы, как известно, являются видимое увеличение угловое поле и диаметр выходного зрачка . Определим их.

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

(1)

Угловой предел разрешения определим исходя из указаний о необходимости иметь впечатление от изображения минимального отклонения не хуже, чем от миллиметровых делений, т.е.

рад или (2)

где 250 мм – расстояние наилучшего зрения.

Угловой предел разрешения в пространстве предметов (см. рис. 10) равен

(3)

где – минимальное поперечное отклонение метеошара, равное 50 м, – расстояние до метеошара ,

Подставляя значения в формулу 3, получаем:

рад или

Если принять (дифракционный предел разрешения глаза), т.е. допустить, что прибор не нужен, то условия наблюдения будут дискомфортными. В этом случае наблюдатель будет видеть перемещение точки размером примерно в 0,1 мм на такую же величину.

Подставляя полученные значения и в формулу 1 получим:

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов домашнего задания