МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Инженерная школа новых производственных технологий Обеспечивающее подразделение: Отделение материаловедения Направление подготовки: 12.03.02 Оптотехника ООП: Оптико-электронные приборы и системы

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

дисциплина «Прикладная оптика»

Тема работы

Разработка оптической схемы объектива Кассегрена

Студент:

Руководитель:

Томск ‒

ЗАДАНИЕ ОК-5

Тема: Разработка оптической схемы объектива Кассегрена.

Исходные данные:

плоскости параболоида.

3

Содержание работы.

1) Рассчитать:

1.Конструктивные параметры объектива;

2.Поле зрения объектива;

3.Величину и положение зрачков и люков объектива;

4.Аберрации объектива для s =− ∞ до smin =− 9000 мм:

Поперечную и продольную сферическую аберрацию;

Астигматизм и кривизну поля изображения;

Дисторсию;

Меридиональную кому.

5.Кардинальные элементы объектива;

6.Разрешающую способность объектива на оси;

7.Величину и положение зрачков, люков и полевой диафрагмы

объектива;

8.Световые и габаритные диаметры объектива;

9.Допуски на конструктивные параметры;

10.Линейное перемещение камеры для настройки на резкость в указанном диапазоне пространства предметов.

2) Разработать КД на объектив Кассегрена в соответствии с требованиями ЕСКД.

4

1. Расчёт конструктивных параметров объектива

Для расчёта конструктивных параметров объектива Кассегрена воспользуемся программой Оптика.

Рис. 1. Файл данных для расчёта параметров объектива Кассегрена

Рис. 2. Результаты расчёта параметров объектива

2. Расчёт подвижки камеры

Для настройки резкого изображения объекта наблюдения необходимо обеспечить перемещение телевизионной камеры вдоль оптической оси от задней фокальной плоскости вправо в пределах некоторого расстояния Δz = s’- s’F’, где s’F’ ‒ задний фокальный отрезок, s’ ‒ задний отрезок, сопряженный с передним отрезком smin. Для расчета подвижки камеры используем программу Оптика.

Рис. 3. Оптическая схема объектива Кассегрена

5

Конструктивные параметры объектива округляем: радиусы до третьего знака после запятой, эксцентриситеты – до шестого, расстояния – до второго. Диаметр входного зрачка примем равным диаметру параболоида (180 мм).

Рис. 4. Файл данных на объектив Кассегрена

6

Рис. 5. Гауссовы характеристики объектива Кассегрена s’F’ = 247.212; s’ = 372.533; β = -0.139.

Далее находим диапазон перемещения телекамеры:

Δz = s’ - s’F’ = 372.533 ‒ 247.212 = 125.321

3. Расчёт углового поля зрения объектива, настроенного на бесконечность

Полевой диафрагмой в системе является оправа ПЗС-матрицы. Рассчитаем угловое поле зрения объектива, настроенного на бесконечность. В этом случае ПЗС-матрица должна быть расположена в задней фокальной плоскости.

Диагональ матрицы задана в дюймах, переведём в миллиметры:

= 23 ∙ 25.4 = 16.9 мм

Рис. 6. Объектив Кассегрена представлен совмещёнными главными плоскостями

7

Значение заднего фокусного расстояния возьмем из результатов расчета

Таким образом, угловое поле объектива равно:

2 ∙ ≈ 64'

4. Расчёт линейного поля зрения объектива при расположении объекта наблюдения на расстоянии

Рассчитаем линейное поле зрения 2·|x| объектива для случая, когда плоскость предмета расположена на минимальном расстоянии smin.

Рис. 7. Предмет на конечном расстоянии Поскольку полевая диафрагма имеет прямоугольную форму, то и

изображаемая часть предмета также будет иметь прямоугольную форму с диагональю 2·|x|. Линейное увеличение объектива для s = smin рассчитано, поэтому можем определить величину предмета, сопряжённого с изображением

величиной l, исходя из определения линейного увеличения:

= 2 = 16.9 2 =− 60.791; −0.139

Тогда линейное поле:

2 ∙ = 2 ∙ 60.791 = 121.582 мм

8

5. Расчёт диаметра входного зрачка

По условию задачи апертурная диафрагма установлена в фокальной плоскости параболоида. Она же является и входным зрачком. По определению апертурная диафрагма максимальным образом ограничивает пучок лучей, выходящих из осевой точки предмета. На рисунке 8 изображена внеосевая точка предмета с координатой x < 0, лежащая на краю линейного поля зрения. Выберем диаметр апертурной диафрагмы так, чтобы лучи, выходящие из точки предмета с координатой x < 0, не виньетировались на оправе параболоида. Для этого луч, проходящий через точку предмета с координатой x < 0 и верхний край зеркала с координатой x2 = Dp/2 > 0, должен проходить через верхний край апертурной диафрагмы с координатой xзр > 0.

Рис. 8. К расчёту диаметра апертурной диафрагмы

9

6. Расчёт выходного зрачка объектива

Согласно определению, выходной зрачок – это параксиальное изображение апертурной диафрагмы через все оптические элементы, расположенные между апертурной диафрагмой и пространством изображений. По условию задачи, апертурная диафрагма расположена в передней фокальной плоскости параболоида, то есть, в пространстве предметов.

Рис. 10. Редакция файла данных объектива Кассегрена для расчёта выходного зрачка

10