Московский Государственный Университет Приборостроения и Информатики

Кафедра «Информационные оптико-электронные системы»

Курсовая работа

по специальности "ПР-б

на тему:

"ТЕЛЕСКОПИЧЕСКИЙ ВИЗИР"

Выполнил:

Руководитель:

Москва, 2013

Введение

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 свето­чувствительного 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

1. Видимое увеличение Г = 10^х .

2. Действительное (объективное) поле зрения 2 W = 4⁰ .

3. Диаметр зрачка D зр. вых. = 4 мм.

4. Фокусное расстояние окуляра f ‘ ок. = 22 мм

5. Угол отклонения оптической оси ௰ = 90 мм.

6. Виньетирование наклонного пучка χ = 0,5.

7. Положение неподвижной призмы а₁ = 42 мм.

8. Углы качания визирного зеркала α = ± 22⁰

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

10. Диапазон фокусировки окуляра N = ± 3 Дптр.

11. Угловая цена деления сетки ɣ = 10 ’ .

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. = 10* 22 = 220 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.= 10*4= 40 мм.

5. Построение хода лучей 1 и 5 (рис. 3).

6. Построение главного луча 3, определение диаметра полевой диафрагмы.

tg w = D _п._д / 2 f ’_об.;

где D _п.д - диаметр полевой диафрагмы.

w - половина угла поля зрения.

D _{п д}. = 2 f ’ _об. * tg w = 2 * 220 мм. * tg 2° = 15,36мм.

7. Графическое построение лучей 2 и 4.

Высоту наклонных лучей 2 и 4 определяем по формуле

h = D _зр._вх (1-χ) / 2

где D _зр.вх -диаметр зрачка входа оптической системы;

χ - виньетирование наклонного пучка.

h = 40 (1-0,5) / 2 = 10 мм.

8. Определение положения выходного зрачка.

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

h₃= tg w* (f ‘_об. +f _ок.) h₃ = tg2 * (220 + 22) = 8.45

h₃ = tg ௰* S_ок.

tg ௰ = h₃ / S_ок.

h₃/ S_ок. = D п.д./ 2 f _ок.

tg ௰ = D п.д / 2 f _ок. tg ௰ = 15.36/(2*22) =0.349

D _п.д / 2 = f ‘_об. * tg w

tg w * (f ‘_об. + f _ок.) / S_ок.= 2 f ‘_об. * tg w / 2 f _ок.

S_ок. = (f ‘_об. + f _ок.) * f ‘_об. / f _ок. = (220+ 22) * 22/220 = 24,2 мм.

tg w ₄ = (h + ПД/2) / f ‘_об. = ( 10 + 15.36/2)/220 = 0,08

h₄ = ПД/2 + tg w₄* f _ок.= 15.36/2 + 0.08*22 = 9.44

tg w₂ = (ПД/2 - h)/ f ‘_об. = (15.36/2 - 10) / 220 = - 0,0105

h₂ = ПД/2 – tg w₂ * f _ок.= 15.36/2 - 0,0105*22 = 7,45

9. По условию предполагается, что объектив совпадает с входным зрачком, а диаметр входного зрачка определен в п. 4 записки, следовательно диаметр объектива равен 40 мм (D _об.= 40мм).

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

D _ок = 2 * h₄

D _ок. = 2*9,44 = 18,88 мм

10. Задавшись размером а₁ = 42 мм (по условию), чертим выходную грань призмы, графически определяем сечение DЕ. Принимаем его предварительно за половину диаметра входного светового потока призмы Dр/2.

(h₃-h)=tg w₂ * (f ‘_об. - а₁)= - 0,0105*(220- 42) = -1.869

D_р./2 = DЕ = 8,131

D_р.= 2* DЕ= 16.262 мм

11. По заданию в телескопическом визире будет использоваться треугольная призма с крышей АкР - 90 °, которая отклоняет осевой луч на 90° и дает зеркальное изображение (см. рис. 2).

L =2.6 * D_Р. = 42.28 мм.

L - длина хода луча в данной призме

12. Вычисляем приведенную к воздуху длину хода лучей в развернутой призме при n = 1,5689

(это показатель преломления стекла ВС10, из которого сделана призма).

L_возд. = L/n = 42.28 / 1,5689 = 26,9488 мм.

По этой величине строим переднюю грань МN эквивалентной редуцирован­ной призмы.

АВ = (f ' _об. – а₁ - L/n ) * tg w₂ + h = ( 220 - 42 - 26,9488 ) * (- 0.0105 ) + 10 = 8,4139624

АВ>DЕ

8,4139624 > 8.131

Принимаем D _р. = 2*АВ

D _Р. = 2*8,4139624 = 16,8279248

Уточняем размеры призмы и длину хода лучей (L) в ней.

а = b = б = D_р = 16,8279 мм.

с =1.035 * D_р= 17,4169 мм.

h = 2.3 * Dр = 38,7042 мм.

z = 2.33* Dр = 39,2090 мм.

l = 0.33* Dр = 5,5532 мм.

L = 2.6 * D_р. = 43,7526 мм.

L - длина хода луча в данной призме

L_возд. = L/п =43,7526/1,5689 = 27,8874 мм.

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

а₂ = f ' _об. -а₁-L_возд. =220-42-27.8874 = 150,1126 мм,

где L_возд.=L / n, n - показатель преломления стекла БК10.

n = 1,5689.

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

∆ = [(n-1)/n]*L ,

где n - показатель преломления стекла БК10;

L- толщина пластины.

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

∆ = [( 1,5689 - 1) / 1,5689] * 43,7526 = 15,8651 мм.

Определяем длину визира от объектива до окуляра:

d₁ = -f ' _об.+ ∆ + f _ок= 220 + 15,8651 + 22 = 257,8651 мм (см. рис.4)

d₂= а₁ + ∆ = 57,8651 мм

15. Строим конструктивную схему визира с отклонением оси на угол 90°с размерами a₁ и а₂, на схеме проставляем все обозначения и размеры (см. рис. 1).

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
D зр.вх. = 40 мм
f об. = 220 мм	f ' об. = 200 мм
D зр.вх./ f об. = 40 / 220 = 1: 5,5 (отн. отв.)	1: nг = 1:4
2W = 4°	2 W= 12°
	n1= 1 воздух
	r1 = 131,1 d=2,0 n2= 1,6475 (ТФ1)
	r2=55,0 d2=8,0 n3= 1,5163 (К8)
	r3= - 211,9 n4=1 воздух