Московский Государственный Университет Приборостроения и Информатики

Пояснительная записка

к курсовому проекту

На тему:

«Телескопичекий визир»

Выполнил: студент 3-го курса

Группы ПР-5

Михайлов П.А.

Проверил: Давиденко В.П.

Лыткарино 2011

1. Видимое увеличение Г = 5^х.

2. Действительное (объективное) поле зрения 2 W = 8⁰.

3. Диаметр зрачка D _{зр. вых.} = 5 мм.

4. Фокусное расстояние окуляра f ^′ок. = 20 мм.

5. Угол отклонения оптической оси ω = 80⁰.

6. Виньетирование наклонного пучка χ = 0,5.

7. Положение неподвижной призмы а₁ = 18мм.

8. Углы качания визирного зеркала α = +5⁰; -2⁰

9. Положение визирного зеркала выбирается из соображений обеспечения его минимального размера.

10. Диапазон фокусировки окуляра N = ± 5 дптр.

11. Угловая цена деления сетки γ = 9 ′ .

12. Число делений сетки n = 15 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. = 5 * 20 = 100 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.} = 5 * 5 = 25 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 * 100 мм. * tg4⁰ = 13,98 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 = 25 (1-0,5)/2 = 6,25 мм.

8. Определение положения выходного зрачка.

Выходной зрачок окуляра находиться на расстоянии S_ок. от задней главной плоскости окуляра (см. рис. 3).

h₃ = tgw * (f ^′ _об. + f _ок. ) h₃ = tg 4 * ( 100 + 20 ) = 8,4

h₃ = tgω * S_ок.

tgω = h₃ / S_ок.

h₃ / S_ок. = D _{п.д .}/ 2 f _ок.

tgω = D _п.д / 2 f _ок. tgω= 13,98/(2*20) =0.3495

D _п.д / 2 = f ^′ _об. * tgw

tgw * (f ^′ _об. + f _ок. ) / S_ок. = 2 f _об. * tgw / 2 f _ок.

S_ок = (f ^′ _об. + f _ок. ) * f _ок. / f ^′ _об. = (100 + 20) * 20 / 100 = 24 мм.

tgw₄ = (h + ПД/2)/f_об. = ( 6,25 + 13,98/2)/100 = 0,1324

h₄ = ПД/2 + tgw₄*f_ok = 13,98/2 + 0,1324*20 = 9,638

tgw₂ = (ПД/2 - h)/f_об. = (13,98/2 -6,25) / 100 = 0.0074

h₂ = ПД/2 – tgw₂ * f_ок. = 13,98/2 – 0,0074*20 = 6,842

9. По условию предполагается, что объектив совпадает с входным зрачком, а диаметр входного зрачка определен в п. 4 записки, следовательно диаметр объектива равен 25 мм (D _об. = 25 мм).

Диаметр окуляра определяется по лучу, высота, которого максимальна в плоскости окуляра.

D _ок. = 2 * h₄ =2* ( ПД/2 + tgw₄*f_ok )

D _ок. = 2*( 13,98/2 + 0,1324*20) = 19,276 мм

10. Задавшись размером а₁ = 18 мм (по условию), чертим выходную грань призмы, графически определяем сечение DE. Принимаем его предварительно за половину диаметра входного светового потока призмы

D_р / 2.

tgw₂ = (ПД/2 - h)/f_об. =(13,98/2-6,25)/100=0.0074

(h₃-h)= tgw₂ *( f ^′ _об. - а₁)= 0.0074*(100 – 18) =0,6068

D _р. / 2 = DE = h+(h₃-h) = 6,25+0,6068=6,857

D _р. = 2 * DE=13,714 мм

11. По заданию в телескопическом визире будет использоваться треугольная призма с крышей АкР – 80 ⁰, которая отклоняет осевой луч на 80 ⁰ и дает зеркальное изображение (см. рис. 2).

а = б = D_р = 13,714 мм.

с = 1,556 * D_р = 21,34 мм.

h = 1,013 *D_р. = 13,89 мм.

L = 1,90 * D_р. = 26,06 мм.

L – длина хода луча в данной призме

12. Вычисляем приведенную к воздуху длину хода лучей в развернутой призме при n = 1,5163 (это показатель преломления стекла К8, из которого сделана призма).

L_возд. = L/n = 26,06 / 1,5163 = 17,187 мм

По этой величине строим переднюю грань MN эквивалентной редуцирован- ной призмы.

По этой величине строим переднюю грань MN эквивалентной редуцирован-

ной призмы.

13. Определяем размер а₂ – это расстояние от главной плоскости объектива до передней грани редуцированной призмы (см. рис.3).

а₂ = f ^′ _об. – а₁ - L_возд. = 100 -18 – 17,187 = 64,813 мм,

где L_возд. = L / n, n – показатель преломления стекла К8.

n = 1,5163.

14. Определяем осевое смещение Δ преломленного луча пластиной, находящейся в однородной среде.

Δ = [(n – 1) / n] * L,

где n – показатель преломления стекла К8;

L – толщина пластины.

Луч при преломлении в плоскопараллельной пластине не меняет своего направления, а лишь смещается на величину Δ.

Δ = [(1,5163 – 1) / 1,5163] * 26,06 = 6,52 мм.

Определяем длину визира от объектива до окуляра:

d₁ = f ^′_об. + Δ + f _ок.= 100+ 6,52 +20 = 126,52мм (см. рис.4)

d₂ = а₁₊ Δ = 24,52 мм

15. Строим конструктивную схему визира с отклонением оси на угол 80⁰ 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 крышу луч падает под углом 50⁰, а это больше чем угол полного внутреннего отражения для стекла К8 ( ε_m = 41⁰ ) , 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.

Расчетные данные объектива	Справочные данные объектива
Dзр. вх = 25 мм
f об. = 100 мм	f ^′об. = 80 мм
Dзр. вх / f об. = 25 /100 = 1: 4 (отн. отв.)	1 : nг = 1 : 4
2 W = 8^0	2 W = 12^0
	n1 = 1 воздух
	r1 = 44
	d1 = 4,5 n2 = 1,5163 (К8)
	r2 = -33,3
	d2 = 2,0 n3 = 1,6475 (ТК9)
	r3 = - 152,7
	n4 = 1 воздух

18(Об.) Пересчитаем конструктивные данные (r и d) выбранного объектива.

Для этого разделим фокусное расстояние тонкой системы (f ^′_{об. тон.} ) на фокусное расстояние реальной (f ^′_{об. реал.}), определив коэффициент

С = f ^′_{об. тонк.\} / f ^′_{об. реал. .} Значения r и d умножить на этот коэффициент. Это будут конструктивные параметры объектива, удовлетворяющие требованиям расчета.

С = 100 / 80 = 1,25

n₁ = 1

r₁ = 44 * 1,25= 55 мм.

d₁ = 4,5* 1,25= 5,625мм. n₂ = 1, 5163

r₂ = -33,3* 1,25= -41,625мм.

d₂ = 2,0* 1,25= 2,5мм. n₃ =1, 6164

r₃ = - 152,7* 1,25= - 190,875мм.

n₄ = 1

D_{об.реал.} = D_св.* 1,25= 62,5 мм

Получили конструктивные параметры объектива, удовлетворяющие требованиям расчета.

19(Об.) Используя уравнение углов и уравнение высот нулевого луча, вычислим заднее фокусное расстояние (f ′об.) и задний фокальный отрезок (s′f′) объектива

α₁=0, h₁= D_{об.реал.}/ 2 = 62,5 / 2 = 31,25 мм

tgα₂ = h₁*[(n₂-n₁)/n₂*r₁] = 31,25*(1,5163-1)/(1,5163*55) = 0,193

h₂ = h₁-d₁*tgα₂ = 31,25-5,625*0,193= 30,16 мм

tgα₃ = n₂/n₃*tgα₂ + h₂ * (n₃-n₂)/(n₃*r₂) =1,5163/1,6475*0,193+30,16 *(1,6475-1,5163)/(1,6475*(-41,625))= 0,12

h₃ = h₂ - d_2*tgα₃ = 30,16 – 2,5*0,12=29,86мм

tgα₄ = n₃ / n₄ * tgα₃ + h₃* (n₄-n₃) / (n₄*r₃) = 1,6475/1 * 0,12+ 29,86 * (1-1,6475) / (1 * (- 190,875))= 0,299

следовательно α₄ = 3 ⁰

f ^′_об..= h₁ / tgα₄ =31,25/ 0,299 = 104,51 мм

s′_F′ = h₃ / tgα₄ = 29,86 / 0,299 = 99,87 мм.

σ= f ^′_об - s′_F′ = 104,51-99,87 = 4,64 мм.

Для определения положения передней главной плоскости объектива просчитаем обратный ход нулевого луча через объектив.

tgα₂ = h₁*(n₃-n₄)/(n₃*r₃) = 31,25*(1,6475-1) / (1,6475 * 190,625) =0.064

h₂ = h₁-d₂*tgα₂ = 31,25-2,5*0,064= 31,09мм

tgα₃ = n₃/n₂*tgα₂ + h₂ * [(n₂-n₃) / (n₂*r₂)] = 1,6475/ 1,5163 * 0,064 +

+ 31,09 * (1,5163 – 1,6475) / (1,5163 * 41,625) = 0,005

h₃ = h₂ – d₁ * tgα₃ = 31,09 – 5,625*0,005=31,06мм

tgα₄ = n₂ / n₁ * tgα₃ + h₃* (n₁-n₂) / (n₁*r₁) = 1,5163/1 *0,005+

+ 31,09* (1-1,5163) / (1 * (-55)) = 0,299

f_об..= h₁/ tgα₄ = 31,25 / 0.299= 104,51мм

s_F = h₃ / tgα₄ =31,09 / 0,299=103,97мм.

σ= f_об - s_F = 104,51-103,97 = 0,54 мм.

По полученным данным строим рисунок 6.

17(ок.) Угловое поле (2 w = 8⁰ – по условию) телескопической системы зависит от углового поля окуляра (2ω) и видимого увеличения (Г):

tgw = tg ω / Г

tg ω = tgw * Г = tg4⁰ * 5 = 0,3497

ω = 19,27⁰ = 20⁰

Следовательно угловое поле окуляра будет равно :

2ω = 20⁰* 2 = 40⁰

По справочным данным методички выбираем реальный окуляр, используя расчетные данные окуляра (см. Табл. 2)

Табл. 2

Расчетные данные окуляра	Справочные данные окуляра
2ω = 40^0 (расчетная)	2 w = 40^0
f ок. = 20 мм (по условию)	f ок. = 20 мм
DОК.= Dсв. = 17,6 мм (расчетная)	Dсв. = 17 мм
	n1 = 1 воздух
	r1 = 54,7
	d1 = 1,5 n2 = 1,6164(ТК9)
	r2 = 16,81
	d2 = 6 n3 = 1,5163 (К8)
	r3 = -24,39
	d3 = 0,1 n4 = 1 воздух
	r4 = 24,39
	d4 = 6,0 n5 = 1,5163 (К8)
	r5 = -16,81
	d5 = 1,5 n6 = 1,6164 (ТК9)
	r6 = 54,7
	n7 = 1 воздух

***Выбрали симметричный окуляр, который имеет две пары склеенных линз, обращенных флинтами наружу, обеспечивающих хорошую коррекцию аберраций при малом воздушном промежутке.***