Определение углового поля окуляра

     Угловое поле окуляра равно 

     Определение диаметра полевой  диафрагмы

     Диаметр полевой диафрагмы равен 
 

     Полевая диафрагма находится в передней фокальной плоскости окуляра.

     Расчет  геометрических параметров призмы

     Расчет  призмы состоит в определении типа призмы, диаметра светового пучка лучей, который она должна пропустить, и места призмы между объективом и окуляром. Все остальные размеры отражательных призм даны в нормалях и справочниках для пучка лучей круглого сечения с наибольшим диаметром .

     Угол  отражения призмой лучей равен  углу между визирной осью и горизонтальной линией наблюдения в окуляр: 

     Следовательно, используемая в конструкции призменного монокуляра призма должна отклонять оптическую ось на данный угол.

     Данную задачу можно решить, используя призму АкР-45, которая имеет одно отражение и отклоняет оптическую ось на угол 45°. Призма снабжена крышей для получения прямого изображения.

     Внешний вид и конструктивные параметры  призмы приведены на рис. 4

     

     Рис. 4 Призма АкР-45

     Положение призмы в системе должно удовлетворять  двум основным требованиям:

     а) располагать заднюю грань слишком  близко к фокальной плоскости  окуляра нельзя, так как все  дефекты стекла (воздушные пузыри, мелкие царапины и пылинки) будут  резко видны в поле окуляра  и помешают наблюдению;

     б) располагать входную грань призмы близко к объективу также нельзя. Во-первых, двоение изображения после призмы вследствие неправильного изготовления угла крыши пропорционально расстоянию от входной грани до фокальной плоскости и, следовательно, потребуется очень жесткий допуск на изготовление угла крыши. Во-вторых, призма будет иметь большие размеры, если она будет находиться в широкой части пучка. 

Рис. 5

     Выберем такое положение призмы, при котором расстоянию от призмы до фокальной плоскости в пространстве изображений после окуляра будет соответствовать разность сходимостей в 10 - 20 дптр. Расстояние , от фокальной плоскости окуляра до призмы (рис.5), соответствующее разности сходимостей в диоптрий, можно определить по формуле 

     Знак минус говорит о том, что отрезок измеряется от передней фокальной плоскости окуляра.

      и разности сходимостей в одну диоптрию будет соответствовать , а при разности сходимостей в 10…20 дптр – . Примем , а связанный с ним отрезок , измеряемый от задней поверхности призмы до задней фокальной плоскости объектива, будет равен 

     Для определения значения рассмотрим ход лучей после объектива (рис. 5). Свободное отверстие на входной грани призмы может определяться ходом луча 1 (), идущего через край входного зрачка параллельно оптической оси, или луча 2 (), идущего под углом , и пересекающего плоскость входного зрачка на высоте : 
 

     Свободное отверстие  на выходной грани определяется лучом 2: 

     Углы  лучей 1 и 2 с оптической осью после  объектива находят по известной  формуле: 

     По  условию задания курсовой работы призма будет изготовлена из стекла К19, показатель преломления для основного цвета , тогда 
 
 
 
 

     Подставив полученные значения в формулу  

     Коэффициент призмы равен  . 

     Определим значения и : 
 

     Берем наибольшую величину из , , добавляем около 3 мм на фаски, крепление и юстировку и получаем  

     Определим все параметры линзы 
 
 
 

     Определим расстояние от задней главной плоскости объектива до призмы: 

     Таким образом, размеры призмы и ее положение определены.

     Выбор окуляра

     Окуляр  является последним звеном оптической системы, передающим изображение непосредственно в глаз наблюдателя. Отсюда первым требованием к нему является удаление выходного зрачка, необходимое для совмещения его со зрачком глаза.

     Вторым  требованием является сравнительная  близость к телецентричности хода главных  лучей в пространстве предметов.

     К числу конструктивных особенностей окуляра относится возможность  размещения сетки для измерений  и возможность обеспечения диоптрийной  подстройки.

     Основным  критерием выбора окуляра является угловое поле в пространстве изображений , которое должно быть не меньше 45,492 для нашей системы.

     По  каталогам окуляров программы Opal, применяемых в телескопических системах, определяем, что для окулярного углового поля можно применять симметричный окуляр ST010Z15. Так как фокус выбранного окуляра отличается от рассчитанного, была применена операция масштабирования для получения необходимого фокуса. Этот окуляр имеет следующие конструктивные параметры (Приложение 1: рис.1) и параксиальные характеристики (Приложение 1: рис.2). Запишем параксиальные характеристики окуляра в таблицу 3. 

     Таблица 3

       

     Чтобы правильно определить аберрации  и в дальнейшем их скомпенсировать, после выбора типа окуляра необходимо согласовать положение , его выходного зрачка с положением входного зрачка монокуляра, в качестве которого чаще всего выступает оправа объектива. В этом случае 
 
 

     Для определения расстояния между окуляром и призмой к известному расстоянию прибавим задний фокальный отрезок 
 
 

     Запишем рассчитанные значения в таблицу  4. 

     Таблица 4

     

 

     

 
Аберрационный расчет окуляра и окуляра с призмой

     Аберрационный расчет окуляра

     Аберрационный расчет проведем в ППП «Opal» (Приложение 2: рис.3, рис.4). 

     Таблица 5

     

     Аберрационный расчет окуляра с призмой

 

     При расчете аберраций призма заменяется эквивалентной плоскопараллельной пластинкой толщиной d.

     Конструктивные  параметры системы окуляр + призма (Приложение 3: рис. 5).

     Аберрационный расчет проведем в ППП «Opal». Результаты аберрационного расчета окуляра с призмой в обратном ходе лучей (Приложение 3: рис. 6, рис. 7). 
 
 

     Таблица 6

     

     Проектирование  объектива

     Расчет  аберрационных параметров

     Для компенсации приведенных в таблице 6 аберраций окуляра с призмой учтем их при проектировании объектива, а именно: полученные после расчета окуляра с призмой сферическую аберрацию и хроматизм положения возьмем с обратным знаком, а аберрацию кома возьмем с тем же знаком. Требуемые аберрации объектива представлены в таблице 7. 
 

     Таблица 7

       

     Расчет  склеенного объектива произведем по методу расчета двухлинзового склеенного объектива, разработанному проф. Г.Г. Слюсаревым. Расчет по этой методике выполняется с помощью специальных таблиц Трубко, позволяющих выбрать такую пару стекол, при которой можно исправить или получить заданные значения следующих аберраций: сферическая аберрация, хроматизм положения и меридиональная кома.

     Осуществим  переход от заданных аберраций объектива  к основным аберрационным параметрам объектива (с учетом  ). Воспользуемся формулами аберраций третьего порядка для сферической аберрации, меридиональной комы и первого порядка для хроматической аберрации положения и учтем, что входной зрачок совпадает с первой поверхностью: 
 
 
 
 
 
 
 

     Подбор  пары стекол

     Аберрационный параметр определяет, какой тип марки стекла стоит спереди объектива. При выборе относительного расположения флинтовой и кроновой линз при предпочтительнее комбинация «флинт впереди».  
 
 
 
 

     По  таблицам Трубко выбираем коэффициенты учитывая, что рассчитанный коэффициент должен быть между значениями .

     Вычислим вспомогательный коэффициент: 
 

     Значение  будем вычислять по интерполяционной формуле Ньютона: 

     Погрешность вычисления по этой формуле составляет 0,01 .

     В таблице 8 приведены комбинации стекол, для которых проводилась интерполяция, а также значения соответствующие значениям .

     Таблица 8

       

     Значение ближе к расчетному значению для пар стекол БК10/Ф4

     Остановимся на этой комбинации стекол.