Выбор оптической системы. Определение основных оптических характеристик. Аберрационный расчет окуляра. Аберрационный расчет окуляра с призмой в обратном ходе лучей. Оценка качества изображения. Аберрационный расчет монокуляра в прямом ходе лучей.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Размещено на

Содержание

• Введение
• 1.Обоснование выбора оптической системы. Определение основных оптических характеристик
• 2.Габаритный расчет
• 2.1 Определение углового поля окуляра 2
• 2.2 Определение фокусного расстояния окуляра f'ок
• 2.3 Определение фокусного расстояния объектива f'об
• 2.4 Определение диаметра входного зрачка монокуляра
• 2.5 Выбор окуляра
• 2.6 Расчет призмы
• 3. Аберрационный расчет окуляра. Аберрационный расчет окуляра с призмой в обратном ходе лучей
• 3.1 Аберрационный расчет окуляра
• 3.2 Аберрационный расчет окуляра с призмой в обратном ходе лучей
• 4. Расчет склеенного объектива
• 5.Аберрационный расчет монокуляра в прямом ходе лучей
• 6.Оценка качества изображения. Аберрационный расчет монокуляра (исправленный) в прямом ходе лучей
• 6.1 Расчет коэффициента пропускания полученной оптической системы

Введение

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.

Размещено на

Размещено на

Призменный монокуляр применяется и как самостоятельный прибор (буссоль, перископы и т.п.), и как составная часть стереоскопических наблюдательных систем (дальномеры, стереотрубы)[1].

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

Рассмотрим схемы некоторых призменных монокуляров. Призма Шмидта (рис. 1) 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 (рис. 2) иногда используется для изготовления призматических биноклей. Призма Пехана (рис. 3) 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. 4).

Рис.5

Рис.6



Размещено на

Размещено на

На рис. 5 и 6 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. 7 оптическая схема монокуляра стереотрубы включает следующие элементы:

1 - защитное стекло,

2 - головная призма АР-90,

3 - объектив, 4 - башмачная призма с крышей,

5 - клин, 6 - сетка и 7 - окуляр.

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 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.

Техническое задание

Для определения момента запуска ракеты длиной с самолета, находящегося на расстоянии (по горизонту) в от пункта наблюдения и на такой же высоте, спроектировать оптическую систему прибора, который по своим данным позволял бы одновременное наблюдение самолета и ракеты (перекрестие на самолете) в течение Скорость самолета , скорость ракеты . Запуск ракеты осуществляется в направлении полета самолета, а линия наблюдения перпендикулярна этому направлению. Длина оптической системы .

Данные приведены в таблице 1.



Рис.8 Схематическое обоснование поставленной задачи

1.Обоснование выбора оптической системы. Определение основных оптических характеристик

Для наблюдения за удаленным объектом необходима телескопическая система. Эта система обладает тем основным свой свойством, что пучок параллельных лучей, поступающих в ее входной зрачок, выходит через выходной зрачок пучком параллельных лучей. Входящие пучки лучей принято считать параллельными, так как входной зрачок телескопической системы несоизмеримо меньше расстояния , на котором расположен наблюдаемый объект. От осевых предметных точек приходят пучки, лучи которых параллельны оптической оси системы. А от внеосевых предметных точек - пучки которых одинаково наклонены к оси на угол . Чем дальше от оси находится предметная внеосевая точка, тем больше угол наклона приходящего пучка лучей. Чтобы глаз наблюдателя мог рассматривать без напряжения изображение, образованное телескопической системой, выходящие из оптической системы пучки лучей должны быть параллельными. Выходящие из телескопической системы пучки лучей от внеосевой точек будут наклонены к оси на угол . Таким образом, у телескопической системы фокусы расположены в бесконечности, фокусные расстояния равны бесконечности, а оптическая сила равна нулю. Поэтому телескопические системы называют афокальными.

Схема телескопической системы состоит, как минимум, из двух компонентов: объектива и окуляра. Каждый из них может быть оптической поверхностью или представлять собой сложную комбинацию оптических деталей. Первый компонент, обращенный к рассматриваемым объектам, называется объективом, а второй, обращенный к глазу наблюдателя, - окуляром.

Объектив и окуляр телескопической системы соединены таким образом, чтобы задний фокус объектива совпал с передним фокусом окуляра.

Для согласования направления на объект и горизонтального расположения зрительной оси оператора необходима отражательная призма с углом отклонения . Так как изображение должно быть прямым, призма с крышей. Таким образом, оптической схемой прибора является схема призменного монокуляра, состоящая из объектива, крышеобразной призмы с отражательным углом и окуляра.

Рис. 9 Оптическая схема призменного монокуляра

Определим расстояние до самолета в исходной точке наблюдения

Ракету мы видим под углом:

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. '=1/250=0,004 или '=13,3', где 250 мм - расстояние наилучшего зрения.

Угловое поле в пространстве предметов составляет следующую величину[1]:

;

2.Габаритный расчет

Габаритный расчет проводится с целью получения исходных данных для расчета отдельных оптических узлов, последующего аберрационного расчета, а также для детальной разработки механической части всего проектируемого прибора [1].

Для удобства расчета оптическую схему (рис.10) монокуляра развернем по горизонтальной оси и заменим призму эквивалентной пластинкой. На рис.10 показаны осевой и наклонный пучки лучей, рассмотрение хода которых позволяет провести габаритный расчет. Для уменьшения размеров монокуляра, главным образом призмы, и достижения лучшего качества изображения на краю поля из всего наклонного пучка лучей, поступающих во входной зрачок под наибольшим углом , через систему пропускают только часть пучка, симметричную относительно главного луча. Ширина этой части наклонного пучка во входном зрачке измеряется величиной , где - диаметр входного зрачка, а

- коэффициент виньетирования, в нашем случае принимаем .

Габаритный расчет проводится в следующем порядке:

2.1 Определение углового поля окуляра 2'

[1];

;

2.2 Определение фокусного расстояния окуляра f'ок

[1];

2.3 Определение фокусного расстояния объектива f'об

[1];