42848

Габаритний розрахунок монокуляра з вибором оптичної схеми об’єктива і окуляра

Курсовая

Физика

До таких призм можно віднести призми АкР90 Лемана ВкЛ0 Шмідта ВкР45 Систему двох призм : Аббе Ак0 Пехана Пк0 Порро Іго роду Систему трьох призм : Порро ІІго роду. Призма – оптична деталь що має у своєму складі заломлюючі та відбиваючі поверхні які утворюють між собою двогранні кути Позначають призми двома великими літерами і числом яке вказує на кут відхилення осьового променя. Призми які є відбиваючими характеризуються коефіцієнтом: c = d D d – довжина ходу осьового променя; D – діаметр світлового пучка...

Украинкский

2013-11-02

880.79 KB

11 чел.

Розділ 1 Огляд оптичних схем моноклярів , об'єктивів , обертаючих систем , окулярів

1.1 Огляд оптичних схем телескопічних систем

Телескопічні системи - системи , перетворюючі пучки променів , поступаючих на вхід системи , в пучках паралельних променів на виході із неї . Ці системи призначені для розгляду віддалених об'єктів.

Телескопічні системи використовують в таких приладах , як біноклі , зорові труби , відстаньомір , приціл , перескоп , геодезичні інструменти , телескопічні лінзи у яких - фокусна відстань дорівнює нескінченності . Теж саме має місце і в телескопічних системах , створених в легшому випадку із двох компонентів : оберненого до обьекту спостереженняі названого обьективом і оберненого до ока спостереження названого окуляром.

Основними характеристиками телескопічної системи є :

  1.  Видиме збільшення - Гт
  2.  Кутове поле зору в просторі предметів - 2 ω
  3.  Діаметр вихідної зіниці - D'

Другими характеристиками являються :

  1.  Кутова межа розділення - φ
  2.  Довжина системи по оптичній осі - L
  3.  Поле вхідної і вихідної зіниці - t i t'

Роздільною здатністю оптичної системи називається можливості системи роздільно відображати дві точки. В телескопічних системах її відображають для простору предметів і оцінюють по найменшому куту між роздільними точками на предметі , створеного променями , проведеними , в ці точки із центру вхідної зіниці. Роздільну здатнісь телескопічнох системи оцінюють по роздільній здатності її обєктива.

Більш коротка довжина труби - перевага системи Галілея (Рисунок 1.1). Система дає пряме зображення , має мале поле зору і велику світлосилу. Недолік труби Галілея відстутність між обьективом і окуляром дійсного зображення , яке не дозволяє використовувати сітку.

Рисунок 1.1  Телескопічна система Галілея

Труба Кеплера (Рисунок 1.2) має дійсне проміжкове зображення , яке знаходиться в зідній фокальній площині обьектива і , яке співпадає з передньою фокальною площиною окуляра. переваги системи кеплера : велике збільшення ; велике поле зору ; можливість використання сітки. Недоліком є перевернуте зображення Труби Кеплера широко використовують в астрономічних , геодезичних та ін. дослідженнях.

Рисунок 1.2 Схема труби Кеплера

Різниця між зоровою трубою Кеплера та зоровою трубою Галілея в тому , що вона має відємний окуляр. Найчастіше в якості окуляра використовують двовігнуту лінзу , передній фокус якої сумістили з заднім фокусом обєктива. Збільшення додатнє значить зображення пряме.

1.2 Окуляри

Важливим компонентом ОС монокулярів , зорових труб , бінокулярів та інших приладіва є окуляр. Цей компонент дає можливість розглядати ображення , сформоване попередьною частиною системи , з короткої відстані (менше ніж 250 мм), виконуючи таким чином функції лупи.

Від ОС окуляра залежить розмір поля зору приладу , віддалення вихідної зіниці від останньої оптичної поверхні , якість зображення.

Якість зображення окуляра визначається , головним чином , польовими абераціями типу коми, астигматизму і хроматизму збільшення.

ОС окулярів бувають одно- , двох-, трьох- та багатокомпонентними.

Однокомпонентні окуляри - це окуляри , в яких використовується одна лінза або двохлінзова склейка. Практично вони майже не зустрічаються , оскільки мають дуже мале поле зору.

1.2.1 Окляри Рамсдена і Гюйгенса

Широкого застосування набули двох компонентні окуляри. Найбільш простими є : Окуляри Рамсдена (Рисунок 1.2.1) і Гюйгенса (Рисунок 1.2.2)

Рисунок 1.2.1 Окуляр Рамсдена

Рисунок 1.2.2 Окуляр Гюйгенса

В цих окулярах компонентами э плоско-випуклі або випукло-плоскі лінзи, виготовлені із оптичного скла однієї марки. Перевагами цих окулярів є простота конструкції і високо технологічність. Розмір поля зору цих окулярів досягає 40°.

1.2.2 Окуляр Кельнера , Ортоскопічний окуляр , Симетричий окуляр

Використовуючи двохлінзові склейки , можна зменшити вплив хроматизму збільшення, коми та інших польових аберацій. Тому були створені складніші окуляри - Симетричний , окуляр Кельнера ,Ортоскопічний.

Рисунок 1.2.3 Окуляр Кельнера

Рисунок 1.2.4 Окуляр Симетричний

Рисунок 1.2.5 Окуляр Ортоскопічний

Ці окуляри, маючи кут поля зору до 50° , дають кращу якість зображення в порінянні з окулярами Рамсдена і Гюйгенса. Тому вони використовуються в більшості ЗТ і бінокулярів.

1.2.3 Окуляри Трьохкомпонентні

Для збільшення кута поля зору заважають аберації вищих порядків. При збільшенні кута нахилу променя відносно оптичної осі на поверхнях з меншими радіусами аберацій вищих порядків проявляються ще більше. Тому зявилися трьохкомпоненті окуляри Ефле(Рисунок 1.2.6) та широко кутовий(Рисунок 1.2.7).

Кут їхнього поля зору 50°, але завдяки збільшенню компонентів якість зображення покращується.

Рисунок 1.2.6 Окуляр Ерфле

Рисунок 1.2.7 Ширококутовий окуляр

1.3 Об'єктиви

Об'єктив зорової труби створює зображення спостерагаємих предметів, яке потім спостерігається через окуляр. Це зображення во всіх трубах з позитивним об'єктивом дійсне.

Основними характеристиками об’єктивів являються фокусна відстань f´, відносний отвір D´ та кутове поле 2ω. Для телескопічних систем використовують просту конструкцію об’єктива.[2].

Найбільш поширені двох лінзові конструкції (одна з лінз позитивна інша негативна), можуть бути склеєні і роз’єднані.

Двохлінзові склеєні об’єктиви (Рисунок 1.3.1) використовують двома способами: «крон попереду», «флінт попереду».  В першому випадку, позитивна лінза 1, марка скла крон, звернена до предмету; в іншому – негативна  лінза  2 із флінта звернена до предмета.

 

Рисунок 1.3.1 Об’єктиви  – а) «крон попереду»; б) «флінт попереду»

Кронові стекла більш стійкі до атмосферного и механічного впливу.

Двохлінзові склеєні об’єктиви використовують в астрономічних і в приладах перевірки якості інших оптичних систем, при кутових полях 2ω=1÷2º та відносних отворах порядку 1:10.  

Ці об’єктиви дають якісне зображення (їх сферична аберація не більше 0,1-0,2% фокусної відстані), при відносних отворах не більше 1:4 та кутових полів 2ω≤6º.  Фокусна відстань в залежності від відносного отвору не повинно перевищувати значень:

1:К         1:4       1:5       1:6       1:8       1:12   

f´, мм    150     300      500     1000      1000

Якщо діаметри лінз об’єктивів перевищують 60 – 70 мм, то лінзи не склеюють.

Двохлінзовий несклеєний об’єктив (Рисунок 1.3.2) має декілька можливостей покращення  якості зображення. Проте в несклеєному об’єктиві втрати на відбиття більші, можливість появи паразитуючих відблисків, важкість при збірці та центруванні.

Рисунок 1.3.2 – Двохлінзовий несклеєний об’єктив

Трьохлінзовий  об’єктив (Рисунок 1.3.3) складається з окремої лінзи та пари склеєних лінз, широко використовують в геодезичних інструментах. Зменшує вторинний спектр, збільшуючи відносний  отвір.\

Рисунок 1.3.3 – Трьохлінзовий об’єктив

1.4 Призмові Обертаючі системи

Призмовим монокуляром називається зорова труба Кеплера з призмовою обертаючою системою .

Призмова Обертаюча Система представляє собою :

- Одиночну призму , в якій одна із відбиваючих граней виконана у вигляді даху. До таких призм можно віднести призми АкР-90* , Лемана (ВкЛ-0*) , Шмідта (ВкР-45*)

-Систему двох призм : Аббе (Ак-0*) , Пехана (Пк-0*), Порро І-го роду

-Систему трьох призм : Порро ІІ-го роду.

Призма – оптична деталь, що має у своєму складі заломлюючі та відбиваючі поверхні, які утворюють між собою двогранні кути

Позначають призми двома великими літерами і числом, яке вказує на кут відхилення осьового променя. Перша літера – кількість відбиваючих граней:

А – одна;

Б – дві;

В – три.

Якщо  біля першої літери стоїть індекс «к», це означає, що призма з «дахом».

Друга літера – конструкція:

Р – рівнобедрена;

С – ромбічна;

П – пентапризма;

У – напівпентапризма;

Л – Лемана;

М – далекомірна.

Особлива група:

А – призма Аббе;

П – Пехана;

Б – башмачна;

К – куб-призма;

Бк – башмачна з «дахом».

Призми, які є відбиваючими  характеризуються коефіцієнтом:

c = d/D

d – довжина ходу осьового променя;  D – діаметр світлового пучка

Призмова обертаюча система не тільки повертає на 180º зображення, але й виконує  заломлення або паралельне зміщення оптичної осі.  Злом осі на 45º і 90º необхідний для зручності спостереження предметів, які знаходяться в зеніті або близько до зеніту.  Таку характеристику мають призми  АкР-90º та Шмідта (Рисунок 1.4.1).

                  а)                                                б)

Рисунок 1.4.1 Телескопічна система з призмами – а) АкР-90º; б) Шмідта

Паралельний зсув оптичної осі в призмах Лемана,  Порро  І-го роду  і             ІІ-го роду (Рисунок 1.4.2).  Використовується для розширення міжосьової відстані між об’єктивами, якщо два монокуляра об’єднують в один оптичний прилад – бінокль.

 

               а)                                                       б)

в)

Рисунок 1.4.2 Телескопічна система з призмами – а) Лемана; б) Порро  І-го роду ; в) Порро ІІ-го роду

Призми Аббе або Пехана використовують коли необхідно мати об’єктив і окуляр на одній осі (Рисунок 1.4.3)

  

                          а)                                                             б)

Рисунок 1.4.3 Телескопічна система з призмами – а) Аббе; б) Пехана

Обертаючі системи сприяють скороченню оптичної  відстані в зорових трубах, за рахунок зломів.

По схемам Кельпнера, Ерфле та інших виконуються окуляри, як правило,  це двохлінзова склейка.

Аналіз вихідних даних, так починається розрахунок оптичної системи монокуляра. Вихідні дані:

  1.  Γ – кутове (видиме) збільшення;
  2.  2ω – кут поля зору в просторі предметів;
  3.  L – осьова довжина оптичної системи;
  4.  D´ – діаметр вихідної зіниці;
  5.  t, t´ – відрізки , що вказують  положення вхідної (вихідної) зіниці;
  6.  kω – допустимий коефіцієнт віньєтування  крайнього похилого пучка променів;

ψ – кутова межа розділення на осі.

Розділ 2. Габаритний розрахунок монокуляра з вибором оптичної схеми об’єктива і окуляра.

2.1 Основні поняття про призми та призмові монокуляри

Призма - оптична деталь, що має у своєму складі заломлюючі та відбиваючі плоскі поверхні (грані), які утворюють між собою двохграні кути .

Використовуючи призми, можна розв'язувати такі конструктивні задачі:

  1.  Змінювати напрямок оптичної осі системи, в тому числі виконувати паралельний зсув осі системи.
  2.  Змінювати хід габаритних променів.
  3.  Обертати зображення.
  4.  Змінювати відстань між осями окулярів в бінокулярних приладах або об'єднувати пучки променів.

Більшість перелічених задач може бути розв'язана за допомогою дзеркал, однак використання призм має свої переваги. Насамперед, призма зберігає незмінними кути між гранями, тоді як кути між дзеркалами можуть змінюватись під дією механічних зусиль і температурних впливів на пристрій кріплення. Кріплення дзеркал є конструктивно більш складним в порівнянні з кріпленням призм. Втрати світла в призмах на гранях з повним внутрішнім відбиттям дорівнюють нулю, тоді як при відбитті від поверхонь дзеркал втрати світла можуть бути значними. Крім того, покриття дзеркал з часом псуються.

Призми дозволяють використовувати одну і ту ж грань для відбиття і пропускання пучків променів, що дає можливість мати більш компактні відбиваючі системи, ніж у випадку застосування дзеркал. На відміну від дзеркал, призми дозволяють збільшувати або зменшувати хід габаритних променів, полегшуючи цим розв'язання ряду задач при проектуванні ОС.

До недоліків призм можна віднести: внесення аберацій в пучки променів, що сходяться; велику масу; необхідність застосування більш якісного оптичного скла в порівнянні з дзеркалами.

Призма характеризується:

  1.  кутом відхилення;
  2.   довжиною ходу променя;

     - видом обертання зображення

При розрахунку призми часто розглядають хід променів в її головному перерізі, тобто в площині, перпендикулярній до ребер призми. Геометрична форма головного перерізу визначає тип призми

 

2.2 Габаритний розрахунок монокуляра

В результаті розрахунку потрібно знайти фокусні відстані об’єктива і окуляра, діаметр об’єктива і польової діафрагми, габарити призми та її положення в системі, а також провести вибір окуляра.

Вихідними даними для габаритного розрахунку монокуляра є такі параметри:

Г=20х   - видиме кутове збільшення;

=3.5- діаметр вихідної зіниці;

=2.5 º- кут поля зору в просторі предметів;

L=420 – довжина системи без врахування переносу зображення призми;

Ψ=3 роздільна здатність системи в просторі предметів;

=10 - віддалення вихідної зіниці від останньої поверхні окуляра;

 k=0.4 – допустимий коефіцієнт віньєтування.

Призма Аббе

1. Знаходимо фокусну відстань окуляра за формулою:

  f ок =   = =20 мм 

    2.Визначаємо фокусну відстань об’єктива за формулою:

 

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

15

КОМТ.0401К.01   02

 f об = - Гf ок = 2020 = 400 мм.

       .

                3.     Знаходимо поле зору окуляра згідно з формулою:

 2ω= 2arctg (|Г| tg ω) = 2arctg(20 |tg(1,25o)|) = 47.15o

     4. Розраховуємо діаметр вхідної зіниці монокуляра за формулою:

 Dвх.зін. = Dвих.зін. |Г|= 3.520 = 70 мм

2.3  Розрахунок габаритів призми

Габарити призми визначаються найбільшим із діаметрів світового пучка D на вхідній або вихідній гранях, який призма повинна пропустити через себе без віньєтування. В довідникових матеріалах всі розміри призм виражаються через D. Тому першочерговою задачею габаритного розрахунку призм є знаходження величини D з урахуванням типу призми, її положення у системі і геометричних параметрів світових пучків між об'єктивом і окуляром.

Щоб визначити величину D необхідно розглянути в меридіональній площині проходження через приведену розгортку призми двох пучків променів. Один із них є паралельним оптичній осі і заповнює всю вхідну зіницю системи, другий - заповнює лише частину отвору зіниці у відповідності з допустимим коефіцієнтом він’єтування k і потрапляє в зіницю під кутом ω (рис. 2.1).

Як видно з рис. 2.1 перший пучок променів має більший діаметр на вхідній грані призми:

D =2h

Другий пучок в залежності від свого нахилу і збіжності може мати більший діаметр на вхідній або на вихідній гранях. Тому необхідно проводити розрахунок крайнього (верхнього) променя цього пучка через обидві грані призми, тобто знайти висоти Н і H.

Величина D   визначається вибором більшого із трьох значень 2h, 2Н, 2H.

Рисунок 2.1 - До розрахунку габаритів призми

Порядок габаритного розрахунку призми:

  1.  Розраховується відрізок е
  2.  Розраховується h
  3.  Розраховується Н і H.
  4.  Визначається D.
  5.  Розраховуються всі габаритні розміри відбиваючої призми.
  6.  Розрахунок відрізку :

Відрізок е визначає положення призми вздовж оптичної осі монокуляра. При виборі розташування призми, керуються такими міркуваннями:

  1.  Чим ближче призма до задньої фокальної площини об'єктива, тим менші габарити вона буде мати і тим менше буде проявлятися подвоєння зображення за рахунок похибки виготовлення прямого кута граней з дахами.
  2.  Чим ближче призма і її вихідна грань до площини зображення, тим більше будуть помітні дефекти скла призми і поверхні вихідної грані.
  3.  Найкращим можна вважати таке положення призми, при якому відстань від призми до площини зображення (фокальної площини об'єктива) в просторі зображень після окуляра відповідає різниці збіжності в 10...20 діоптрій.

                    При цьому відстань ев [мм] становить

D*=15.

де  - кут нульового променя до і після k-го компонента, h- висота нульового променя на головних площинах k-го і (k +1)-го компонента, d - відстань між k-м і      (k +1) компонентами, Ф - оптична сила k-го компонента. Формули є справедливими для системи, всі компоненти якої знаходяться у повітрі. Враховуючи,  що , висота променя на вході в системі дорівнює m.

Оскільки  ;  , , де ,,  , то у відповідності з  маємо робочу формулу:

 

мм
Розрахунок Н або H:

Перед розрахунком Н або H необхідно розрахувати .  Якщо0, то крайній верхній промінь похилого пучка направляється вниз або є паралельним оптичній осі. Тоді висоти цього променя Н  Hі для визначення D достатньо розрахувати тільки Н. Якщо < 0, то крайній верхній промінь направляється вверх. Тоді Н < H. Таким чином, достатньо розрахувати тільки H. Величина розраховується за формулами, у відповідності з якими.

tq(1,25º)+(350,4+0tq(1,25º))

Висота H розраховується як різниця відповідних вертикальних відрізків , в фокальній площині об'єктив

= 6(-0,057) – 400tq(1,25º)= 8,386=8 мм.

Визначення D:

Величина D визначається шляхом вибору найбільшого із значень висот h, Н і H з наступним помноженням вибраного значення на 2:

З розрахунку габаритних розмірів визначаємо D з урахуванням припуску накріплення.

 D=16+3=19 мм.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

45096. Программирование КИХ-фильтра на языке ассемблера процессора ADSP-2181 569.5 KB
  Разработка программы КИХ-фильтра заданного типа и с заданными характеристиками на языке ассемблера ADSP-2181. Изучение характеристик спроектированного фильтра с использование программы DFT.ASM. Изучение преобразований типовых дискретных сигналов при прохождении через КИХ-фильтры.
45097. Исследование процесса аналого–цифрового преобразования радиолокационных эхо-сигналов 1.21 MB
  Исследование спектрально-корреляционных свойств радиолокационных сигналов и помех Временная реализация процесса: Автокорреляционная функция процесса: Спектр процесса: Исследование характеристик аналого-цифрового преобразования Исследование влияния на ошибки квантования спектры квантованного сигнала и сигнала ошибки выбора величины динамического диапазона АЦП Спектры квантованного сигнала и сигнала ошибки выбора величины динамического диапазона АЦП: А Д А=Д А Д При уменьшении амплитуды сигнала от D до...
45098. Знакомство с основами работы с Visual DSP++. Изучение программно-логической модели ADSP-2181 3.15 MB
  Сигнальный процессор взаимодействует с внешней средой путём использования адресной шины (ADDR), шины данных параллельного обмена (DATA), мультиплексированной шины адреса/данных (IAD)...
45099. Программная реализация алгоритма ДПФ на языке ассемблера процессора ADSP-2181 4.2 MB
  Сигнальный процессор взаимодействует с внешней средой путем использования адресной шины ADDR, шины данных параллельного обмена DATA, мультиплексированной шины адреса/данных IAD, линий последовательного обмена DT0, DR0, DT1, DR1 и использования информационных, управляющих, служебных сигналов и сигналов прерываний
45100. English in my life 15.61 KB
  English is the max widespread language nowadays. It is a world language, spoken by more than 1750 million people. Residents of more than 70 countries speak English(for example, Canada, Australia, New Zeeland, USA and others)
45101. Great Britain 14.21 KB
  Gret Britin is situted on the British Isles. The lrger of two big islnds is known s Gret Britin. The islnd of Gret Britin together with the neighboring minor islnds nd the northestern prt of Irelnd constitute the United Kingdom of Gret Britin nd Northern Irelnd.
45102. The Judicial System of Great Britain 17.32 KB
  The courts in Gret Britin re divided into two lrge groups: criminl division nd civil division. Criminl courts re Mgistrtes’ Courts nd Crown Courts. The mjority of ll criminl cses re delt with in the Mgistrtes’ courts by mgistrtes who re lso clled Justice of Pece. Mgistrtes’ courts normlly consist of three JP’s up to seven.
45103. Legal profession in Russia 15.84 KB
  I wаnt to tell you bout min kind’s legl profession in Russi. dvocte is licensed lwyer to prctice lw nd independent dviser on legl issues. He should hve higher legl eduction t lest two yers of legl experience nd to pss qulifiction exms. They consult clients on legl issues; drft documents present clients in ll kinds of civil dministrtive litigtions provide criminl defense; nd do ll other legl services.
45104. London 13.53 KB
  London is the capital of the Great Britain. Population of London is about 8 million people. It’s one of the largest cities in the world. It’s one of the most important commercial, cultural and political centers in the world