Призменный монокуляр

Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсовая работа

По дисциплине: «Теория оптических систем и прикладная оптика»

Тема: «Призменный монокуляр»



Введение

Призменный монокуляр - оптический прибор, представляющий собой простую зрительную трубу Кеплера с призмой или призменной системой для получения прямого изображения. Если в монокуляре применяется одиночная призма, то для получения прямого изображения она должна иметь «крышу». 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 прибора.

Призменным 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

Кроме того, введение призм в оптическую схему позволяет получить заданный угол отклонения (угол между оптическими осями объектива и окуляра), обеспечивающий удобное положение головы наблюдателя и компенсацию вращения изображения.

Определить

1. Диаметр входного зрачка, диаметр объектива, фокусные расстояния объектива и окуляра.

2. Угловое поле в пространстве изображений.

3. Подобрать из каталогов объектив (по f'_об и ) и окуляр (по 2щ' и f'_ок), пересчитав конструктивные элементы на требуемое фокусное расстояние.

4. Графическим и аналитическими методами найти размеры призм. Представить их развертки. Определить удлинения, вносимые призмой, сеткой, размер трубы.

5. Удаление выходного зрачка от последней линзы окуляра S'p'

6. Световые и полные диаметры объектива, сетки и окуляра.

7. Линейную величину деления сетки.

8.Теоретическую или дифракционную разрешающую способность зрительной трубы. Предельную разрешающую способность, зависящую от разрешающей способности глаза.

9. Коэффициент, учитывающий потери света в приборе (в процентах).

10. Минимальное расстояние до предмета, который можно еще увидеть в трубу при наличии аккомодации глаза в () 5 диоптрий.

11. Диоптрийное перемещение окуляра в миллиметрах на указанное число диоптрий.

12. Указать положение зрачков, полевой и виньетирующей диафрагм в системе.

13. Указать оборачивание изображения оптическими деталями. 14. Начертить в масштабе 1:1 схему оптическую принципиальную монокуляра и ход лучей в зрительной трубе на формате А4.

монокуляр призматический оптический диафрагма



1. Задание

Сделать габаритный расчет зрительной трубы Кеплера, если дано:

Г - видимое увеличение зрительной трубы

2щ - угловое попе в пространстве предметов

Д' - диаметр зрачка выхода зрительной трубы

S'p' - удаление зрачка выхода от последней линзы окуляра

L - длина зрительной трубы

Кв - коэффициент виньетирования

Sp - расстояние от первой поверхности объекта до входного зрачка зрительной трубы

1/к - относительное отверстие объектива

l₁ - расстояние от главной плоскости объектива до входной границы призмы

l -расстояние от выходной грани призмы до переднего фокуса окуляра

dc - толщина сетки

Призма - выбирается из справочника

На сетке, симметрично относительно центра, нанесены 10 делений, угловая цена которых 3'.

Перемещение окуляра должно обеспечивать ± 5 дптр.

Вариант задания №28

№

призма

Г

2щ

Д'мм

dсет

Матер сетки и призмы

Кв

1/к

S'p' мм

L мм

Sp мм

l1 мм

l (s') мм

28.

башмачная

6

6

7

3

КФ4

70%

1/5

0

100



2. Призменный монокуляр

Призменным монокуляром называется прибор, представляющий собой трубу Кеплера с призмой или системой призм для оборачивания изображения, вследствие чего система дает прямое изображение.

Входной зрачок у монокуляра в большинстве случаев совпадает с оправой объектива, иногда для достижения лучшей коррекции на краю поля изображения в монокулярах с большим полем входной зрачок выносится вперед; однако при этом свободное отверстие, объектива не должно отличаться от размера отверстия входного зрачка.

При вынесенном входном зрачке главные лучи наклонных пучков, являющихся осями симметрии пучков, не проходят через центр объектива.

Точки пересечения этих главных лучей с оптической системой до и после прохождения через трубу определяют, с одной стороны, положение входного зрачка, а с другой стороны положение выходного зрачка, в котором расположен глаз наблюдателя.

Для уменьшения габаритов монокуляра, главным образом призмы, и достижения лучшего качества изображения на краю поля из всего наклонного пучка лучей, входящего во входной зрачок под наибольшим углом щ, пропускают через систему только часть его от 0,5 -- 0,2 диаметра зрачка.

Расположим все элементы оптической системы относительно горизонтальной оптической оси, т. е. призму заменим разверткой. Толщину развертки пока определить нельзя, так как длина хода луча зависит от наибольшего светового диаметра пучка лучей, проходящего через призму. Поэтому вместо реальной развертки ставят редуцированную ППП, не влияющую на ход луча и определяют габариты объектива и окуляра.

1. Определим диаметр зрачка входа объектива

Д = Г*Д'=6*7=42мм

Д_об = Д+2мм=42+2=44мм

2. Тип окуляра определяем по угловому полю 2 щ'

tgщ' = Г*tgщ=6*tg3=6*0,0524=0,3144

tgщ= tg3=0,0524

щ'=17?24

2 щ'=34?48

3. Фокусное расстояние окуляра вычисляют по данным из задания

При: Г=6 и 1/к=1/5 - относительное отверстие объектива

Д = Д' * Г=42мм;

f'_об = K * Д=5*42=210мм

f'_ок = f'_об/Г=210/6=35мм

L= f'_об+ f'_ок=210+35=245мм

К - диафрагменное число

Д - диаметр зрачка входа 3.2. При S'p' - расстояние от последней линзы окуляра до зрачка выхода

S'p' = S'_F' + Z'_p'

S'_F' - вершинное фокусное расстояние окуляра; зависит от типа окуляра.

Тип окуляра принимаю симметричный, тогда вершина фокального расстояния окуляра

S'_F' = 0.75f'_ок=0,75*35=26,25мм

Z'_p' - расстояние от заднего фокуса окуляра до зрачка выхода:

= (210-0)/6²=5,83мм

Sp=0 - расстояние от объектива до зрачка входа.

S'p' = S'_F' + Z'_p'=26,25+5,83=32,08

4. Подберем из каталога на окуляры окуляр для нашей зрительной трубы по f '_ок и 2щ'.

Определяем коэффициент пересчёта для объектива и окуляра

K =

и все значения, выписанные из каталога умножим на этот коэффициент.

Коэффициент окуляра при: окуляра=35 мм, 2=34?48, Д =7 мм, =32,08 мм

Если окуляра=35 мм, следовательно, ?окуляра, поэтому выбираю по каталогу набор окуляров с удаленным зрачком, где: 2=45?, Д =7 мм, ?окуляра, =30, окуляра=35 мм. Отсюда, вычисляю К окуляра:

К_ок= расчетное/ каталога =35/35=1

К_ок=1

Отсюда, выбираю 2й набор окуляров с удалённым зрачком 2щ = 45°, D' = 7мм, S'p'o ? f'_ok

ОКУЛЯР
	35
	45?
Координатные элементы
	-11,21
	23,86
	32,46
	-2,61
Радиусы
	-46,72
	35,04
	-35,04
	55,72
	-30,6
	-152,93
	46,72
	-152,93
Толщины
	3,0
	15,5
	0,3
	13,5
	2,0
	0,3
	7,0
	=3+15,5+0,3+13,5+2+0,3+7=41,6
	30
	7
Материал стекол	Ф13-К8-К8-Ф13-К8

5. Определение диаметра окуляра при К_в=70%

Д_св.ок = 2a'_p' * tgщ' + Д'/2 при k_щ = 0.5

a'_p' = f'_ок + Z'_p'=35+5,83=40,83мм

Д_св.ок=2*40,83*0,3144+7/2=29,17мм

6. Диаметр полевой диафрагмы, сетки

Д_пд = |2f'_ok * tgщ'| = |2f'_об * tgщ|=

=2*35*0,3144=2*210*0,0524=22мм

Д_сет=Д_пд+2=22+2=24

7. Для коррекции близорукости и дальнозоркости глаз окуляр имеет диоптрийные перемещения

Д = (f'²_ok*(()5диоптр)/1000=(35²((±55диоптр)/1000

При близорукости А_д < 0 , Д < 0 . Окуляр движется влево. При дальнозоркости А_д > 0 , Д > 0 . Окуляр движется вправо.

ОБЪЕКТИВ

Из каталога на объективы подбираем двух линзовый склеенный объектив для данной зрительной трубы по f '_об=210мм и 1/к=1/5

Определяем коэффициент пересчёта для объектива и окуляра

K =

Коэффициент объектива при: объектива=210 мм, 2=6, Д=44мм - №284 каталога:

1/к=1:5,2

2=124,92

М1:1

г₁=57,5

г₂₌36,35

К_об=210/213,78=0,98?1



ОБЪЕКТИВ
	213,78
	124,92?
	124,92
	-74,28
	883,1
	8,5
	4,3
	43
	46
	82,66
	-131,84
	-37,3
	76,43
	-213,26
	80,62
	134,75
	206,21
	3,44
	-0,24
	0,52
	-2,04
	-2,91
	-7,57
Материал стекол	ТК2 - Ф2

3. Определение размеров призм

Геометрические размеры призм, необходимы для пропускания заданного пучка лучей, зависят от строения пучка, его апертуры и от положения призмы относительно пучка; размеры призм удобно определять следующим образом: сначала определяют сечение пучка лучей на входной и выходной гранях призмы, а затем рассчитывают размеры призмы, необходимые для пропускания цилиндрического пучка лучей, диаметр которого равен наибольшему сечению пучка на одной из указанных граней с прибавкой припусков на фаски и крепление призмы.

Если наибольшее сечение пучка на одной из преломляющих граней равно D₁, то длина хода лучей в призме d₁, рассчитанной для пропускания цилиндрического пучка диаметром D₁, для любой призмы может быть выражена формулой:

l_пр = d₁ = kD₁ = cD₁

k =c - коэффициент, постоянный для данного типа призмы.

При рассечете призм должно быть задано положение входной или выходной граней призмы. Световые диаметры призм определяются следующими способами: Аналитический

Графоаналитический

Параметры призмы Башмачная (Б-90⁰) по каталогу

Показатель преломления стекла призмы КФ-4: n_кф4=1,5203

1.Аналитический способ: при D_об > D_пд, если дано l₁=100мм -положение входной грани призмы.



Габариты призмы башмачной при D₁=33+5*=38мм

*-5мм припуск на посадку:

а_пр=D₁=38мм

с_пр=2 D₁=76мм

с_1пр=1,035 D₁=39,33мм

с_1пр=1,155 D₁=40,425мм

d=0,002мм

h=1,732 D₁=65,816мм

l_пр=1,732 D₁=65,816мм



2.Графический способ Турыгина И.А.

tgе = =

угол е=23?42

d====43мм

Из чертежа следует:

D3=33, d?=38, следовательно, d=C*Dmax=1,732*33=57,15- длина развертки призмы.

4. Определение линейной величины деления сетки (д)

Визирная сетка в трубе Кеплера применяется в виде ППП с нанесенными на ней перекрестиями или иными делениями. Для шкалы задаётся угловая величина деления относительно главной точки объектива. Например, деление N соответствует некоторому углу щ_N, то расстояние Y_N от оси до этого деления вычисляется:

Y_N = f'_об * tgщ_N



Д_пд = 2 * f'_ok * tgщ' = 2 * f'_об * щ=2*35*0,3144=22мм

Д_сет=Д_пд+2=22+2=24мм

L₁ = f'_об * tg3' = f'_об * 0.0009=0,189

L₂ = f'_об * tg6' = f'_об * 0.0017=0,357

L₃ = f'_об * tg9' = f'_об * 0.0026=0,546

L₄ = f'_об * tg12' = f'_об * 0.0035=0,735

L₅ = f'_об * tg15' = f'_об * 0.0044=0,924

L₆ = f'_об * tg18' = f'_об * 0.0052=1,092

L₇ = f'_об * tg21' = f'_об * 0.0061=1,281

L₈ = f'_об * tg24' = f'_об * 0.0070=1,47

L₉ = f'_об * tg27' = f'_об * 0.0079=1,659

L₁₀ = f'_об * tg30' = f'_об * 0.0087=1,827

д = L₂ - L₁=0,357-1,189=0,168

5. Определение разрешающей способности

Предел разрешения телескопической системы ц определяется для пространства предметов и оценивается в угловой мере. Поскольку телескопическая система предназначена для визуального наблюдения, то ее угловой предел разрешения должен быть связан с угловым пределом разрешения глаза ц_гл, который принимается равным 1' (60"). За окуляром телескопической системы угловой предел разрешения также должен быть равен Г. В пространстве предметов

ц_т = =10”

Чтобы получить такое разрешение, объектив телескопической системы также должен иметь определенный предел разрешения.



ц_об = 140/42=3,33”

Д - диаметр входного зрачка объектива.

Здесь Д измеряется в мм.

Увеличение телескопической системы, при котором угловой предел разрешения объектива полностью используется глазом, называется, полезным увеличением.

ц_т и ц_об должны быть одинаковыми, тогда Г полезное:

Гп = 60D/140 = 0,43D=0,43*42=18^х

6. Определение коэффициента светопропускания ф оптической системы

В любой оптической системе световой поток, падающий на входной зрачок, не весь доходит до приемника, т.к. его распространение сопровождается потерями.

Основные потери происходят на границе "воздух-стекло"(потери на отражение), причем, чем больше разность показателей преломления, тем больше потери.

Кроме потерь на отражение имеют место потери на поглощение света оптическими деталями и потери на рассеяние.

Количество света, пропущенного оптической системой, характеризуется коэффициентом пропускания.

ф = (1 - с₁)* (1 - с₂)* (1 - с₃)... (1 - с_n)*0,99^d

с =

d_сист =d_об+d_ок+d_сет+l_пр= 12,8+41,6+3+65,81=123,21мм

=0,042

=0,042

=

0,001

ф =(1-0,049)*(1-0,000)*(1-0,056)*(1-0,042)*(1-0,042)*(1-0,042)*(1-0,042)*(1-0,042)*(1-0,042)*(1-0,056)*(1-0,001)*(1-0,042)*(1-0,042)*(1-0,042)*(1-0,056)*(1-0,001)*(1-0,042)*0,99^123,21=0,951*1*0,944*0,958⁶*0,944*0,999*0,958³*0,944*0,999*

*0.958=0,519*0,289=0,149=14,9%*

*Это маленький показатель. Необходимо нанесение просветляющего покрытия, чтобы увеличить светопропускание.

7. Виньетирование

При виньетировании наблюдается срезания наклонных световых пучков и падение освещенности по краям поля. Для зрительной трубы это допустимо и отчасти положительно, т.к. уменьшаются размеры оптических деталей и аберрация кома.

В зрительной трубе виньетирование компенсируется адаптацией глаза. В нашем случае пусть виньетирование составляет 70%, это значит, что ширина проходящих наклонных пучков 2m равна 30% от Д зрачка

Ширина наклонного пучка лучей, вышедшего из окуляра

a_p = S_p + S_H=0+23,86=23,86

x = ap*tgщ=23,86*0,0524=1,25

Д_об = (х+m)*2=(1,25+25,2/2)*2=27,7

Вывод: линзы объектива пропускают заданный световой пучок, если Д_об <Д.

8. Минимальное расстояние до предмета

Окуляр имеет диоптрийные перемещения для коррекции близоруких и дальнозорких глаз. Величина перемещения окуляра определяется по формуле

Д =

При наблюдении в трубу Кеплера близких предметов окуляр совместно с сеткой, должен иметь возможность перемещения.

Чем ближе рассматриваемый предмет, тем больше должен быть удален от объектива окуляр вместе с сеткой.

При фокусировке на предмет, лежащий на конечном расстоянии, телескопичность трубы нарушается (оптический интервал ).

Следовательно: минимальное расстояние до предмета, который можно еще увидеть в зрительную трубу при наличии аккомодации глаза в 5 диоптрий будет равно.

Положение переднего плана зрительной трубы определится

Д'- зрачок выхода зрительной трубы Г- видимое увеличение зрительной трубы 60" - разрешающая способность глаза в секундах 206265-коэффициент, равный числу угловых секунд в одном радиане.

Удлинение вносимое призмой:

Толщина редуцированной пластины:

l_ред=l_пр/n

l==210+22,52-65,816-100=66,70

l=l₁=210-43,29-100=66,70

l- расстояние от призмы до сетки

l₁- расстояние от объекта до призмы.



Литература

1. Н. П. Гвоздева "Теория оптических систем и оптические измерения" М. Машиностроение 1981

2. Справочник конструктора оптико-механических приборов. В. А. Панов, М. Я. Кругер и др, М. Машиностроение 1980

3. М. И. Апенко "Задачник по прикладной оптике" М. Логос 2003

4. С. И. Вавилов М. В. Савостьянова "Оптика в военном деле" том 2 М. Воениздат 1948

5. Запрягаева Л.А. "Расчёт и проектирование оптических систем" М. Логос 2000

6. Каталоги объективов и окуляров.

7. Методические указания.

Размещено на Allbest.ru

...