Казанский Технический Национальный Университет имени А.Н. Туполева КАИ

Кафедра оптико-электронных систем

Курсовая работа

Расчёт оптической системы зрительной трубы

Кеплера

Работу выполнила: студентка группы 3237

Сибагатуллина А.Р.

Работу принял:

Петрановский Н.А.

Казань 2013

Казанский Национальный Исследовательский Технический Университет им. А. Н. Туполева

Институт “Автоматика и электронные приборостроения”

Кафедра оптико-электронных систем ________________________________________

Специальность 200400 оптико-электронные приборы и системы_____________

(код и название специальности)

УТВЕРЖДАЮ

Зав. кафедрой ________________ Роговец С.В.

“_____” __________________ 2013 год.

ЗАДАНИЕ №___

НА КУРСОВУЮ РАБОТУ

по дисциплине: Основы оптики

студенту ___________________________________________________________________группы 3237

(фамилия,имя,отчество)

1.Тема: Расчёт оптической системы зрительной трубы Кеплера

2.Технические условия и исходные данные

увеличение ________

поле зрения 2 _______

диаметр выходного зрачка D`,мм______

длина трубы L,мм___________

удаление выходного зрачка не менее 10 мм__

3.Объём работы (перечень подлежащих разработке вопросов )

3.1. Габаритный расчёт оптической системы

3.2. Выбор окуляра и его аберрационный расчёт

3.3. Расчёт аберраций призменной системы

3.4.Расчёт объектива

3.5.Компоновка оптической системы

3.6.Проведение аберрационного расчёта всей оптической системы

3.7.Оформление пояснительной записки

4.требование к оформлению

1.1.Теория телескопической системы.

Оптические системы, предназначенные для наблюдения сильно удаленных предметов, называются телескопическими. Их отличительным оптическим свойством является то, что в систему лучи поступают в виде параллельных пучков и выходят из системы также в виде параллельных пучков. Эти системы применяются для визуального наблюдения предметов. Предметы наблюдаются в виде изображений, образованных оптической системой, под значительно большими углами, чем при рассмотрении их невооруженным глазом. Вследствие этого происходит искажение перспективы. Все предметы представляются приближенными к наблюдателю, а пространство предметов сжатым по направлению наблюдения.

Простейшая телескопическая система состоит из двух элементов: объектива и окуляра. Чтобы удовлетворить условию параллельности сопряженных пучков лучей в пространстве предметов и в пространстве изображений, необходимо, чтобы задний фокус объектива совпадал с передним фокусом окуляра. Оптическая длина такой системы равна сумме фокусных расстояний объектива и окуляра.

Если в качестве окуляра применена положительная оптическая система (например, симметричный окуляр), то такая оптическая система, дающая обратное изображение, называется системой Кеплера. К таким системам относятся зрительные трубы геодезических и астрономических инструментов. Ход лучей в такой системе показан на рис. 83. Объектив является входным зрачком. Он образует изображение величиной 21' в передней фокальной плоскости окуляра. Выходной зрачок системы расположен за окуляром. Глаз наблюдателя, помещенный в выходном зрачке, сможет рассмотреть все изображение, так как через выходной зрачок проходят все пучки лучей. Если в качестве окуляра применена отрицательная оптическая система, то такая система называется системой Галилея. Она имеет применение в театральных биноклях. Ход лучей в тонкой системе Галилея показан на рис. 84. Такая система дает прямое изображение, отличается малым полем зрения и имеет вследствие этого ограниченное применение.

Ее преимуществом является сокращение длины, что наглядно показано на рис. 85. При одинаковых фокусных расстояниях объектива и окуляра система Галилея короче системы Кеплера на два фокусных расстояния окуляра.

Главными оптическими характеристиками телескопической системы являются: 1) видимое увеличение Г; 2) поле зрения 2w; 3) диаметр выходного зрачка D'.

В схеме Кеплера объективом и окуляром является положительная оптическая система (рис. 5.2). Объектив создает перевернутое действительное изображение в своей задней фокальной плоскости, которое можно наблюдать с помощью окуляра. Задняя фокальная плоскость объектива совпадает с передней фокальной плоскостью окуляра, так что падающий на объектив параллельный пучок лучей выходит из окуляра также параллельным.

Рис. 5.2. Схема Кеплера.

Одним из недостатков схемы Кеплера является большая длина оптической системы ( ), причем чем больше увеличение, тем длиннее должна быть система Кеплера. Например, при фокусном расстоянии окуляра    и увеличении  , фокусное расстояние объектива  , а общая длина системы  .

Обычно знак минус в формуле видимого увеличения опускается. Видимым увеличением телескопической системы называется отношение диаметра входного зрачка к диаметру выходного зрачка.

Диаметр входного зрачка выбирается из условия разрешающей способности (40,2), а диаметр выходного зрачка - из условия видимого увеличения (54,2). Поле зрения телескопической системы ограничивается полем зрения окуляра. Принимая за наибольшее угловое поле зрения окуляра 2w'=100°, получим возможный угол поля зрения системы

tg w_макс = tg 50°/Г.

Однако следует иметь в виду, что в некоторых случаях, поступаясь качеством изображения, применяют окуляры и с полем зрения до 2w'= 140°

Сложные зрительные трубы вместо оборачивающих линзовых систем (рис. 88) могут иметь и призменные оборачивающие системы (например, призменный бинокль).

Основой конструкции наиболее распространенного типа современных биноклей является «труба Кеплера» - оптическая система, состоящая из двух собирающих линз, длиннофокусной – объектива и короткофокусной – окуляра. Увеличение трубы Кеплера равно отношению фокусного расстояния объектива к фокусному расстоянию окуляра. Длина оптической системы трубы Кеплера равна сумме фокусных расстояний объектива и окуляра, что значительно больше, чем у трубы Галилея с тем же увеличением. Понятно, что, чем больше увеличение бинокля Кеплера, тем больше его размеры. Кроме того, труба Кеплера дает перевернутое изображение объекта, и для нормального наблюдения в нее необходимо добавить оборачивающую систему. На заре «биноклестроения», а первые бинокли появились еще в 17 веке, оборачивающие системы в них были линзовыми. То есть, между объективом и окуляром помещались две дополнительные собирающие линзы. Длина трубы при этом еще больше увеличивалась, и если длинные зрительные трубы еще можно было как-то держать в руках, то бинокли с линзовыми оборачивающими системами были крайне неудобны.