Автор: Вера Жбанова, 21 Ноября 2010 в 22:09, курсовая работа
В данной работе производится расчет зрительной трубы (ЗТ). Основные характеристики зрительной трубы (видимое увеличение Гт, диаметр выходного зрачка D’) указываются в техническом задании на ее проектирование, а также должны быть известны такие величины, как длина системы L, угловой предел разрешения ψ, положение выходного t’ или входного зрачков t.
В нашей ЗТ будет 4 компонента: объектив, окуляр, коллектив и оборачивающая система. Все эти компоненты будут рассчитаны и тщательно подобраны для нашей ТОС, как того требует техническое задание.
Эскиз окуляра представлен на рис.1.2.2.
Рис.1.2.2. Эскиз окуляра Фраунгофера
Произведем перерасчет параметров окуляра, используя коэффициент подобия k [2], который определяется по формуле:
где S′F′Д – действительное значение заднего фокального отрезка окуляра, S′F′К –каталожное значение заднего отрезка окуляра.
Задний фокальный отрезок является одним из важных характеристик окуляра, который определяет положение (вынос) выходного зрачка окуляра t’ (t’ ≈ S′F′Д, что соответствует [2]). Для нашего окуляра t’ ≥18 мм, тогда примем t’ ≈ S′F′Д =18 мм, а S′F′К=21,59 мм (см. табл.1.3). Для нахождения подобия воспользуемся формулой (1.2.1): k= 18 / 21,59=0,83.
Такой
коэффициент подобия
dр = k ·
dк ,
где rк, dк – каталожные радиус и толщина соответственно; rр, dр – пересчитанные радиус и толщина соответственно.
Полученные значения представлены в табл.1.2.4.
Таблица 1.2.4
Окуляр Фраунгофера |
Дополнительные
параметры | |||
f’=20 мм | S’F’=18 мм | ∑d = 8,383 мм 2ω = 400 | ||
r, мм | d, мм | N | ||
|
4,15 | 1,5183 (К8) | ||
-21,43 | ||||
0,083 | 1 | |||
21,43 | ||||
4,15 | 1,5183 (К8) | |||
Рассчитаем диаметр полевой диафрагмы по формуле [2]:
DПД =2 · f’ок · tg ωок . (1.2.4)
Получим: DПД =2 · 20 · tg 200 = 14,6 (мм).
Диаметр
линзы окуляра Dок и
его световой диаметр D
свок примем после
расчета хода полевого луча (ПЛ).
Расчет объектива
Рассчитаем необходимое фокусное расстояние для объектива по формуле [2]:
Получим, f’об = 20·7=140 (мм).
Выберем один из каталожных объективов, фокусное расстояние которого наиболее близко по значению к рассчитанному. Параметры выбранного объектива из [1] представим в табл.1.2.5.
Таблица 1.2.5
Двухлинзовый объектив | |||
f’=127,62 мм | S’F’=129,05 мм | ||
r, мм | d, мм | n | |
8 | 2,0 | 1,7343
(ТФ7) | |
30,0 | |||
5,0 | 1,6155
(ТК14) | ||
-54,3 |
Эскиз объектива представлен на рис.1.2.3.
Рис.1.2.3. Эскиз двухлинзового объектива
Зная фокусное расстояние объектива (f’об=140 мм), определим коэффициент подобия по формуле [2]:
k =
f’об.р /
f’об.к,
где f’об.р – рассчитанное фокусное расстояние объектива, f’об.к – каталожное фокусное расстояние объектива.
Получим, k =140/127,62=1,1. Такой пересчет допустим для двухлинзового объектива: значение k отличается от единицы на 10%, что < 50% [2].
Пересчитаем каталожный объектив с учетом полученного коэффициента подобия по формулам (1.2.2)-(1.2.3). Полученные параметры представим в табл.1.2.6.
Таблица 1.2.6
Параметры пересчитанного
Двухлинзовый объектив | |||
f’=140 мм | S’F’=141,96 мм | ||
r, мм | d, мм | n | |
8 | 2,2 | 1,7343
(ТФ7) | |
33 | |||
5,5 | 1,6155
(ТК14) | ||
-59,73 |
Рассчитаем диафрагменное число по формуле из [2]:
к = f’об/D,
где f’об – фокусное расстояние объектива, D – диаметр входного зрачка.
Диаметр входного зрачка рассчитаем по формуле из [2]:
D = D’ · Гт,
Получим, D = 5·7 = 35 (мм), тогда к = 140/35 = 1/4.
Примем, DАД = Dок = Dсвоб = D = 35 мм.
Угловое поле объектива найдем по формуле из [2]:
Откуда, ωоб = arctg(tgωок / Гт), применив эту формулу получим:
ωоб = arctg(tg200/7) = 30.
Полный диаметр объектива складывается из светового диаметра и припуска на крепление [2]:
где Dсвоб - световой диаметр объектива, DD – припуск на крепление.
Выберем
тип крепления объектива – завальцовка.
По [2], если световой диаметр в пределах
30-50 мм, то припуск на крепление завальцовкой
составляет DD= 1,5 мм. Тогда диаметр
объектива по формуле (1.2.10) составит
Dоб=38 мм.
Расчет оборачивающей системы
В техническом задании нам дан однолинзовый оборачивающийся компонент c β = -1×. Необходимо найти его параметры, которые соответствовали бы нашей зрительной трубе.
Зададим параметры однолинзового оборачивающего компонента. Выберем диаметр линзы из соображения D свобс = Dвх.зр. = 35 мм.
Из условия минимума аберраций, значение относительного отверстия выберем следующим:
Из формулы (1.8) найдем фокусное расстояние оборачивающего компонента:
f’обс = Dобс · 2 = 35·2 = 70 (мм).
Выберем тип крепления объектива – завальцовка. По [2], если световой диаметр в пределах 30-50 мм, то припуск на крепление завальцовкой может составляеть: DD= 1,0 мм. Тогда диаметр оборачивающей линзы по формуле (1.2.10) составит Dобс=37 мм.
Так же учтем, что аобс= а’обс=2 f’обс =2·70=140 (мм) [5].
Эскиз оборачивающего компонента представлен на рис.1.2.4.
Расчет коллектива
При расчете световых диаметров, световой диаметр окуляра превосходит его конструктивный диаметр, в результате чего наблюдается такой эффект как виньетирование наклонных пучков лучей оборачивающей системой при ограниченном ее диаметре. Для уменьшения этого эффекта устанавливают дополнительный компонент, называемый коллективом. Коллективная линза или коллектив, устанавливается в плоскости изображения или вблизи нее для изменения хода наклонного пучка лучей. Поэтому ее иногда называют полевой линзой. Коллективная линза меняет положение выходного зрачка системы и диаметры последующих компонентов оптической системы зрительной трубы. Коллективы могут быть положительными и отрицательными. Действие положительного коллектива проявляется в том, что он отклоняет к оптической оси наклонные пучки лучей. Введение коллектива позволяет при заданном угловом поле оптической системы уменьшить диаметр окуляра или при заданном диаметре окуляра увеличить угловое поле системы [3].
В нашем случае целесообразно установить коллектив в плоскости полевой диафрагмы. Коллектив будем рассчитывать таким образом, чтобы крайний луч наклонного пучка отклонялся на край окуляра. Из формулы Гаусса [3]: