Факультет «Радиоэлектроника и лазерная техника» (РЛ) 

     Кафедра «Оптико-электронные приборы научных исследований» (РЛ3) 
 
 
 
 

     РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ  ЗАПИСКА 

     к курсовой работе на тему: 

     «Расчет призменного монокуляра» 
 

     Листов 46 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Студент _____________________________________________________ Чукин А.А., гр. РЛ2-62 
 
 
 

     Руководитель  работы _____________________________________ Качурин Ю.Ю. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

     

 
     Оглавление

     Задание на выполнение курсовой работы 4

     Выбор оптической схемы и определение основных оптических характеристик 4

     Габаритный расчет 7

          Определение фокусного расстояния окуляра 7

          Определение фокусного расстояния объектива 8

          Определение входного зрачка монокуляра 8

          Определение углового поля окуляра 8

          Определение диаметра полевой диафрагмы 8

          Расчет геометрических параметров призмы 8

          Выбор окуляра 11

     Аберрационный расчет окуляра и окуляра с призмой 14

          Аберрационный расчет окуляра 14

          Аберрационный расчет окуляра с призмой 14

     Проектирование объектива 14

          Расчет аберрационных параметров 14

          Подбор пары стекол 15

          Вычисление инварианта Аббе 17

          Расчет конструктивных параметров 17

          Расчет аберраций III порядка 19

          Расчет положения объектива 20

          Подбор пары стекол 21

          Вычисление инварианта Аббе 22

          Расчет конструктивных параметров 22

          Расчет аберраций III порядка 24

          Расчет положения объектива 25

     Аберрационный расчет всей системы 26

     Светоэнергетический расчет 27

     Список литературы 29

     Приложения скриншотов Opal 30

          Приложение 1 30

          Приложение 2 31

          Приложение 3 32

          Приложение 4 33

          Приложение 5 36

          Приложение 6 39

          Приложение 7 41

          Приложение 8 45

 
     Задание на выполнение курсовой работы

     Для определения момента запуска  ракеты длиной с самолета, находящегося на расстоянии (по горизонту) в от пункта наблюдения и на такой же высоте, спроектировать оптическую систему прибора, который по своим данным позволял бы одновременное наблюдение самолета и ракеты (перекрестие на самолете) в течение . Скорость самолета , ракеты - . Запуск ракеты в направлении полета самолета, наблюдение перпендикулярно этому направлению. Длина оптической системы L = 200 мм. 

     Таблица 1 (вариант 10.2) 

     

 
     Выбор оптической схемы и определение основных оптических характеристик

     Для наблюдения объекта на удалении необходимо использовать телескопическую систему. Заданным условиям наблюдения удовлетворяет телескопическая труба, построения по схеме Кеплера. Зрительная труба Кеплера состоит из положительных объектива и окуляра. Применение положительного окуляра позволяет обеспечить достаточно большие угловые поля. К достоинствам такой трубы можно отнести наличие плоскости действительного промежуточного изображение. В эту плоскость можно установить сетку, экран или фильтр.

     Для согласования направления на объект (визирная ось) и горизонтально расположенной  оси окуляра в конструкции  предусмотрена одиночная призма. Кроме того, для адекватного наблюдения за объектами возникает необходимость получения прямого изображения. В монокуляре будем использовать одиночную призму, следовательно для получения прямого изображения она должна иметь крышу.

     Таким образом, оптической схемой прибора  является схема призменного монокуляра, состоящая из телескопической системы, построенной по схеме Кеплера, и  призмы с крышей, размещенной между  объективом и окуляром телескопической  системы (рис. 1).

     Рис. 1 Оптическая схема призменного монокуляра

     Основными оптическими характеристиками телескопической  системы являются:

• видимое увеличение ;
• угловое поле ;
• диаметр выходного зрачка .

     Видимое увеличение можно выразить через отношение угловых пределов разрешения в пространстве изображений и в пространстве предметов : 

     Угловой предел разрешения определим, исходя из целесообразности иметь впечатление от изображения минимального отклонения не хуже, чем от миллиметровых делений, т.е.

     , где 250 мм – расстояние наилучшего зрения.

     .

     Угловой предел разрешения в пространстве предметов равен  

     где длина ракеты, расстояние, на которой находится ракета (рис.2).

     

     Рис.2

     Подставим найденные значения и найдем видимое  увеличение. 

     Определим угловое поле в пространстве предметов  

     где - максимальное смещение ракеты, т.е. расстояние, на которое ракета отдалится от самолета за время . 
 

     За  диаметр выходного зрачка принимаем диаметр зрачка глаза, который может быть в пределах от 1,1 до 8 мм. Так как наблюдение ведется в дневное время, то примем диаметр выходного зрачка .

     Рассчитанные  основные оптические характеристики прибора  в таблице 2.

     Таблица 2

     

 
     Габаритный  расчет

     Габаритный  расчет проводится с целью получения  исходных данных для расчета отдельных  оптических узлов и последующего аберрационного расчета.

     Для удобства расчета оптическую схему (рис. 3) монокуляра развернем по горизонтальной оси и заменим призму эквивалентной плоскопараллельной пластиной. На рис. 3 показаны осевой и наклонный пучки лучей, рассмотрев ход которых, мы можем провести габаритный расчет. Для уменьшения размеров монокуляра, главным образом призмы, и достижения лучшего качества изображения на краю поля из всего наклонного пучка лучей, поступающего во входной зрачок под наибольшим углом , через систему пропускают только часть пучка, симметричную относительно главного луча. Ширина этой части наклонного пучка во входном зрачке измеряется величиной , где – диаметр входного зрачка, a – коэффициент виньетирования, который примем равным 0,5.

     Виньетирование в схеме обеспечивается:

• по верхнему лучу – оправой на выходной грани призмы;
• по нижнему лучу – оправой первой или последней линз окуляра.

 

     Рис.3 Эквивалентная оптическая схема монокуляра

     Габаритный  расчет будем выполнять в предположении, что оптическая система обладает свойствами идеальной, а ее компоненты являются бесконечно тонкими.

     Определение фокусного расстояния окуляра

     Видимое увеличение призмы с крышей равно, следовательно, видимое увеличение зрительной трубы с призмой равно 

     Зная основные характеристики зрительной трубы , , , ее длину L, коэффициент виньетирования , определим фокусное расстояние окуляра по формуле:

     Определение фокусного расстояния объектива

     Фокусное  расстояние объектива равно

     Определение входного зрачка монокуляра

     Определим диаметр входного зрачка по формуле