- •Курсовая работа
- •Техническое задание
- •18(Об.) Пересчитаем конструктивные данные (r и d) выбранного объектива.
- •19(Об.) Используя уравнение углов и уравнение высот нулевого луча, вычислим заднее фокусное расстояние (f ′об.) и задний фокальный отрезок (s′f′) объектива.
- •18(Ок.) Пересчитаем конструктивные данные (r и d) выбранного окуляра:
- •Расчет шкалы сетки.
- •21. Путем просчета лучей 2,4 в реальной системе проверяем правильность выбора размеров оптических элементов.
- •22. Просчетом главного луча определяем положение зрачка выхода относительно последней поверхности окуляра.
- •24. Определение величины перемещения окуляра для установки его по глазу.
- •25. Определение разрешающей способности объектива и визира.
Московский Университет Приборостроения и Информатики
Кафедра «Информационные оптико-электронные системы»
Курсовая работа
по специальности "ПР-5"
на тему:
"ТЕЛЕСКОПИЧЕСКИЙ ВИЗИР"
Выполнил студент: Быков В. С.
Руководитель: Давиденко В. П.
Лыткарино, 2011
Визир - оптическое устройство, обеспечивающее наблюдение удаленных объектов. Различают визиры рамочные (иконометры), телескопические и зеркальные.
Телескопический визир - визир, оптические компоненты которого образуют телескопическую (афокальную) систему. Телескопический визир состоит из : объектива, оборачивающей призмы и окуляра.
Объектив - обращенная к объекту часть оптической системы или самостоятельная оптическая система, формирующая действительное изображение оптическое объекта. Это изображение либо рассматривают визуально в окуляр, либо получают на плоской (реже искривленной) поверхности (фотографического свето-чувствительного слоя, фотоприемника или электроннооптического преобразователя, матового стекла или экрана). Основные характеристики объектива: фокусное расстояние, угол поля зрения, относительное отверстие.
Оборачивающая призма - элемент оптических схем, используемый для оборачивания изображения. Действие оборачивающей призмы основано на использовании полного отражения света
Окуляр - часть оптической системы, обращенная к глазу наблюдателю. Окуляр служит для увеличения изображения, получаемого с помощью объектива. Основные характеристики окуляров: фокусное расстояние, угол поля зрения, относительное отверстие, вынос выходного зрачка.
Сетка (визирная) – служит для измерения и наведения телескопического визира, которая наносится на плоскопараллельную пластину, устанавливаемую в совмещенных фокальных плоскостях объектива и окуляра.
Техническое задание
Видимое увеличение Г = 20х
Действительное (объективное) поле зрения 2 W = 20
3. Диаметр зрачка D зр. вых. = 2,5 мм
4. Фокусное расстояние окуляра f ′ок. = 12 мм
5. Угол отклонения оптической оси ω = 600
6. Виньетирование наклонного пучка χ = 0,5
7. Положение неподвижной призмы а1 = 20 мм
Марка стекла призмы БК10
8. Углы качания визирного зеркала α = ± 110
9. Положение визирного зеркала выбирается из соображений обеспечения его минимального размера.
10. Диапазон фокусировки окуляра N = ± 6 дптр.
11. Угловая цена деления сетки γ = 6 ′
12. Число делений сетки n = 17 делений
3. Определение фокусного расстояния объектива:
Г = f ′об../ f ′ ок. ,
где Г – видимое увеличение;
f об. – фокусное расстояние объектива;
f ок. . – фокусное расстояние окуляра.
f об. = Г * f ок. = 20 * 12 = 240 мм
4. Определение диаметра зрачка входа:
Г = D зр. вх. / D зр. вых. ,
где D зр. вх - диаметр зрачка входа;
D зр. вых - диаметр зрачка выхода.
D зр. вх. = Г * D зр. вых. = 20 * 2,5 = 50 мм
5. Построение хода лучей 1 и 5 (рис. 3).
6. Построение главного луча 3, определение диаметра полевой диафрагмы.
tgw = D п.д . / 2 f ′ об.;
где D п.д - диаметр полевой диафрагмы.
w – половина угла поля зрения.
D п.д. = 2 f ′ об. * tgw = 2 * 240 мм. * tg10 = 8,16 мм
7. Графическое построение лучей 2 и 4.
Высоту наклонных лучей 2 и 4 определяем по формуле
h = D зр. вх (1 – χ),
где D зр. вх - диаметр зрачка входа оптической системы;
χ - виньетирование наклонного пучка.
h = 50 (1-0,5)/2 = 12,5 мм
tg w2’ = (Dп.д. / 2) – h / f’об. = (8,16 / 2) – 12,5 / 240 = - 0,035
w2 = atan [tg w2’] = -2
tg w4’ = (Dп.д. / 2) + h / f’об. = (8,16 / 2) + 12,5 / 240 = 0,069
w4 = atan [tg w4’] = 3,95
tg w’ = tg(w) * Г = 0,017 * 20 = 0,34
w’ = atan (tg w’) = 19,24
2w’ = 38,48
h2 = D п.д / 2 - tg (w2’) * (-fок) = 4,08 - (-0,035) * (-12) = 3,66 мм
h3 = D п.д / 2 + tg (w) * fок = 4,08 + 0,017 * 12 = 4,3мм
h4 = D п.д / 2 + tg (w4’) * fок = 4,08 + 0,069 * 12 = 4,9мм
8. Определение положения выходного зрачка.
Выходной зрачок окуляра находиться на расстоянии Sок. от задней главной плоскости окуляра (см. рис. 3).
Sок = h3 / tg w’ = 4,3 / 0,34 = 12,6 мм
9. По условию предполагается, что объектив совпадает с входным зрачком, а диаметр входного зрачка определен в п. 4 записки, следовательно диаметр объектива равен 50 мм (D об. = 50 мм).
Диаметр окуляра определяется по лучу, высота, которого максимальна в плоскости окуляра.
D ок. = 2 * ( D п.д / 2 + tg (w4’) * fок ) = 2 * (4,08 + 0,069 * 12) = 9,8 мм
10. Задавшись размером а1 = 20 мм (по условию), чертим выходную грань призмы, графически определяем сечение DE. Принимаем его предварительно за половину диаметра входного светового потока призмы
Dр / 2.
Dp = [( f’об. – a1 ) * tg w2’ + h] * 2 = [( 240 – 20 ) * (- 0,035) + 12,5] * 2 = 9,6 мм
Dp / 2 = 9,6 / 2 = 4,8 мм
11. По заданию в телескопическом визире будет использоваться призма АкР 60 0, которая отклоняет осевой луч на 60 0 и дает зеркальное изображение (см. рис. 2).
Находим длину хода лучей (L) в призме.
L = 2,646 * Dp = 2,646 * 9,6 = 25,4 мм
12. Вычисляем приведенную к воздуху длину хода лучей в развернутой призме при n = 1,5688 (это показатель преломления стекла БК10, из которого сделана призма).
Lвозд. = L/n = 25,4/1,5 = 16,9 мм
По этой величине строим переднюю грань MN эквивалентной редуцирован-
ной призмы.
AB = ( f’об - a1 - L/n ) * tg w2’ + h = ( 240 – 20 – 16,9 ) * ( - 0,035) + 12,5 = 5,4
AB > DE
5,4 > 4,8
Принимаем Dp = 2 * AB
Dp = 2 * 5,4 = 10,8 мм
13. Уточняем размеры призмы и длину хода лучей ( L ) в ней.
а = б = Dр = 10,8 мм
с = 2 * Dр = 21,6 мм
h = 1,094 *Dр. = 11,8 мм
L = 2.646 * Dр. = 28,5 мм
L – длина хода луча в данной призме
Lвозд. = L/n = 28,5/1,5 = 19 мм
Определяем размер а2 – это расстояние от главной плоскости объектива до передней грани редуцированной призмы (см. рис.3).
а2 = f ′ об. – а1 - Lвозд. = 240 - 20 - 19 = 201 мм,
где Lвозд. = L / n, n – показатель преломления стекла БК10
n = 1,5688.
14. Определяем осевое смещение Δ преломленного луча пластиной, находящейся в однородной среде.
Δ = [(n – 1) / n] * Lвозд ,
где n – показатель преломления стекла БК10;
L – толщина пластины.
Луч при преломлении в плоскопараллельной пластине не меняет своего направления, а лишь смещается на величину Δ.
Δ = [(1,5 – 1) / 1,5] * 19 = 6,3 мм
Определяем длину визира от объектива до окуляра:
d = f ′об. + Δ + f ок.= 240 + 6,3 + 12 = 258,3 мм (см. рис.4)
d1 = a1 + Δ = 20 + 6,3 = 26,3 мм
15. Строим конструктивную схему визира с отклонением оси на угол 600 с размерами а1 и а2, на схеме проставляем все обозначения и размеры (см. рис. 1).
16. Определяем грани призмы на которое надо нанести покрытие .
Первую грань луч света проходит без преломления, т.к. падает на нее перпендикулярно, на второй грани он полностью отражается, т. к. угол падения луча равен 600, а это больше чем угол полного внутреннего отражения для стекла БК10 (εm = 390 36/), следовательно вторую грань призмы не серебрят. На крышу луч падает под углом 600, а это больше чем угол полного внутреннего отражения для стекла БК10, значит грани крыши не надо серебрить.
17(об.) По фокусному расстоянию, относительному отверстию и полю зрения объектива подбираем реальный объектив. Для этого воспользуемся справочным материалом методички, где приводится атлас двойных стеклянных объективов ГОИ.
Табл. 1
Расчетные данные объектива |
Справочные данные объектива |
Dзр. вх = 50 мм |
f ′об. = 200 мм |
f об. = 240 мм |
1 : nг = 1 : 4 |
Dзр. вх / f об. = 50 / 240 = 1: 4,8 (отн. отв.) |
2 W = 120 |
2 W = 20 |
n1 = 1 воздух |
|
r1 = 131,1 |
|
d1 = 2,0 n2 = 1,6475 (ТФ1) |
|
r2 = 55,0 |
|
d2 = 8,0 n3 = 1,5163 (К8) |
|
r3 = - 211,9 |
|
n4 = 1 воздух |