Расчет монокуляра

СОДЕРЖАНИЕ 

Введение

1 Габаритный  расчет призменного монокуляра  ………………………………………5

   1.1 Расчет и выбор окуляра   …………………………………………………………. 5

         1.1.1 Определение углового поля  окуляра………………………………………..5

         1.1.2 Выбор окуляра………………………………………………………………..6 

   1.2 Определение углового поля  окуляра……………………………………………...8

   1.3 Определение фокусного расстояния  объектива………………………………….8      

   1.4 Определение диаметра полевой  диафрагмы……………………………………...8

   1.5 Расчет параметров сетки…………………………………………………………..9

   1.6 Расчет параметров призмы ……………………………………………………….11

2 Определение  аберраций компонентов системы……………………………………..14

    2.1 Аберрационный расчет окуляра  и призмы ……………………………………...14

         2.1.1 Расчет аберраций призмы …………………………………………………..14

    2.1.2 Расчет аберраций окуляра…………………………………………………..19

 2.2 Расчет  аберраций объектива………………………………………………………21

3 Расчет  объектива по методу Слюсарева………………………………………………23

 3.1 Расчет  основных параметров объектива…………………………………………..23

 3.2 Определение  основных параметров объектива……………………………………24

 3.3 Определение  марок стекол линз……………………………………………………24

 3.4 Расчет  радиусов тонкого объектива………………………………………………..26

 3.5 Расчет  конструктивных параметров объектива……………………………………29

 3.6 Проверочный  аберрационный расчет объектива…………………………………..31

4 Компоновка  системы и её проверочный аберрационный  расчет …………………….35

5 Оценка  качества изображения оптической  схемы……………………………………..42

6 Описание  разработанной оптической схемы…………………………………………..43

Заключение…………………………………………………………………………………47

Список  литературы…………………………………………………………………………48 
 
 
 

 

1.1.2 Выбор окуляра 

      Окуляр  выбирается из методички «Окуляры телескопических  систем» [6] по следующим параметрам: требуемое угловое поле в пространстве изображений 2ω’ и удаление выходного зрачка S’_p’. Так как 2ω’ равное 29º37’19” могут обеспечить все окуляры из методички, то рассматриваются наиболее простые и технологичные в изготовлении.

      Фокусное  расстояние окуляра определяется по формуле:

где f’_ok – заднее фокусное расстояние окуляра,мм;

k – коэффициент окуляра.

 

По  формуле (2) определяется фокусное расстояние окуляра для нескольких окуляров:

      1) Симметричный окуляр:

      k_ok=0,5;

      

      2) Окуляр Кельнера:

      k_ok=0,35;

      

     Из  конструктивных соображений выбираем окуляр Кельнера с фокусным расстоянием равным 35 мм.

      Проверяется, обеспечивает данный окуляр необходимое  удаление выходного зрачка. Из формулы (2) выражается S’_p’:

      Полученное  значение удаления выходного зрачка больше, чем требуется в ТЗ, но находится в оговоренном ТЗ допуске.

      Из  методички [6] выбирается окуляр Кельнера (рис. 2) с фокусным расстоянием равным 35 мм. Основные параметры окуляра и его конструктивные параметры представлены в таблицах 2 и 3.

 

 

     Рисунок 2 – Схема окуляра Кельнера 

Таблица 2 – Основные параметры окуляра

 
 
 
 
 
 
 

Таблица 3 – Конструктивные параметры окуляра

 

1.2 Определение  диаметра входного зрачка монокуляра 

     Диаметр входного зрачка определяется по формуле [4]:

,

Где D – диаметр входного зрачка, мм

Подставив значения в формулу (4), получим:

 

1.3 Определение  фокусного расстояния объектива 

Фокусное расстояние определяется по формуле [5]:

,

где - фокусное расстояние объектива, мм

Подставив значения в формулу (5), получим:

(мм) 

1.4 Определение  диаметра полевой диафрагмы 

Диаметр полевой  диафрагмы определяется по формуле  [5]:

,                                  (6)

где – D_ПД – диаметр полевой диафрагмы, мм

Подставив значения в формулу (6), получим:

    1.5 Расчет параметров сетки

      В плоскости полевой диафрагмы  может устанавливаться сетка  – плоскопараллельная пластина со шкалой и различными знаками, изображение которых при наблюдении через окуляр накладывается на изображение предметов. Плоскость делений сетки совмещается с плоскостью действительного изображения.

      Диаметр сетки определяется по формуле [5]:

                                                 ,                                   (7)

её толщина  [4]:

                                       (8)

     

где D_с – полный диаметр сетки, мм;

       d_c – толщина сетки, мм; 

        ΔD – припуск на крепление оптической детали, равный от 1,5 до 2 мм.

      На  сетку наносится шкала (рис. 3), параметры  которой определяются по следующим  формулам [5]:

                                                                               (9)

                                     (10)

                                                                            (11)

                                                                           (12)

где – а_с –интервал делений, мм;

          b – толщина штриха, мм;

          γ – угловая величина штриха сетки за окуляром, угловые минуты;

          n – количество делений на сетке, шт;

          с – цена деления сетки;

          L_ш – длина шкалы, мм.

      Толщина штриха b на сетке задается такой, чтобы его угловая величина γ за окуляром составляла от 2 до 4 угловых минут. Цена деления сетки по ТЗ равна 0-05, или 18 угловым минутам.

      Из  формул (9), (10), (11), (12) подставив значения, получается:

      Значение  а_с принимается равным 1 мм для простаты нанесения штрихов сетки, и, следовательно, повышения технологичности ее изготовления.

b =

;

;

      При установке плоскопараллельной пластинки  толщиной d_c из стекла с показателем преломления n расстояние между объективом и окуляром телескопической системы увеличивается на величину удлинения луча плоскопараллельной пластинкой, определяемую по формуле [1]:

                                                                                  (13) 

где Δ_с – удлинение хода луча плоскопараллельной пластинкой, мм;

       n - показатель преломления плоскопараллельной пластинки (значение принимается равным 1,5183, что соответствует линии e стекла К8).

1,8=0,6145 (мм).

 

1.6 Расчет параметров призмы 

      Согласно  ТЗ в монокуляре должна быть использована призма А_кР -60º. Конструктивные параметры этой призмы и её схема представлены в

таблице 4.

     Таблица 4 – Призма А_к Р- 60º

      Прежде  чем определять световой диаметр  призмы необходимо правильно установить призму в схеме, развернуть её в эквивалентную  плоскопараллельную пластину (рис. 4). Заднюю грань призмы не следует располагать  слишком близко к фокальной плоскости  окуляра, так как все дефекты  стекла (пузыри, мелкие царапины, пылинки) будут резко видны в поле окуляра  и мешать наблюдению. Но удаление призмы от фокальной плоскости пропорционально двоению изображения из-за погрешностей изготовления угла крыши призмы. Оптимальное положение призмы, определяемое отрезком Δz, будет таким, при котором её последняя поверхность размещается перед окуляром так, что изображение поверхности после окуляра получается вне пределов аккомодации глаза наблюдателя. Этому соответствует разность сходимости А за окуляром (А равно от10 до 20 дптр), причем величины Δz и А связаны формулой [2]:

                                                                             (14)

     где А – разность сходимости, дптр;

      Δz – расстояние между задней гранью призмы и фокальной плоскостью окуляра, мм.

      Из  формулы (14) следует, что расстояние Δz находится в диапазоне:

 

      Из  конструктивных соображений принимается Δz равным 20 мм.

      Рисунок 4 – Призма в сходящемся пучке  лучей 

<