- •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:
- •19(Ок) Для определения положения передних и задних главных плоскостей окуляра произведем расчет нулевого луча этого 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.
- •23. Определение размеров визирного зеркала с учетом его угла поворота.
- •24. Определение величины перемещения окуляра для установки его по глазу.
- •25. Определение разрешающей способности объектива и визира.
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
Видимое увеличение Г = 5х.
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 Sок. от задней главной плоскости окуляра (см. рис. 3).
h3 = tgw * (f ′ об. + f ок. ) h3 = tg 4 * ( 100 + 20 ) = 8,4
h3 = tgω * Sок.
tgω = h3 / Sок.
h3 / Sок. = 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. ) / Sок. = 2 f об. * tgw / 2 f ок.
Sок = (f ′ об. + f ок. ) * f ок. / f ′ об. = (100 + 20) * 20 / 100 = 24 мм.
tgw4 = (h + ПД/2)/fоб. = ( 6,25 + 13,98/2)/100 = 0,1324
h4 = ПД/2 + tgw4*fok = 13,98/2 + 0,1324*20 = 9,638
tgw2 = (ПД/2 - h)/fоб. = (13,98/2 -6,25) / 100 = 0.0074
h2 = ПД/2 – tgw2 * fок. = 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*fok )
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
Dр / 2.
tgw2 = (ПД/2 - h)/fоб. =(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 = Dр = 13,714 мм.
с = 1,556 * Dр = 21,34 мм.
h = 1,013 *Dр. = 13,89 мм.
L = 1,90 * Dр. = 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).
Lвозд. = 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 - Lвозд. = 100 -18 – 17,187 = 64,813 мм,
где Lвозд. = 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 ( εm = 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 = 80 |
2 W = 120 |
|
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
Dоб.реал. = Dсв.* 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= Dоб.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 - d2*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
fоб..= h1/ tgα4 = 31,25 / 0.299= 104,51мм
sF = h3 / tgα4 =31,09 / 0,299=103,97мм.
σ= fоб - sF = 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 = 400 (расчетная) |
2 w = 400 |
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.***