3.1.1.2 Вибір об’єктива

В якості об’єктива в даному випадку доцільно використати двохлінзову склейку. Такий вибір одночасно забезпечить необхідну якість зображення та буде не дорогим, і простим у виготовленні. Застосовуючи різні марки скла і конструктивні параметри при розрахунках об'єктива домагаються компенсації аберацій призми й окуляра. Спираючись на вибір марок скла в аналогічних об’єктивах використаємо такі матеріали: ТФ5 та К8. Двохлінзові склейки дозволяють створювати компоненти з виправленою сферичною аберацією і мінімальної комою.

Виберемо об’єктив з каталогу, що задовольнить знайдені вище параметри.

Таблиця № 3.1

Конструктивні параметри об’єктива

№ пов.	Радіуси кривизни	Осьові відстані	Світлові висоти	Марки скла
1 2 3	-924,7 -1794,7 -440,6	7 10	40 40 40	Повітря ТФ5 К8 Повітря

Інші параметри об’єктива приведені на оптичній схемі.

4 Енергетичний розрахунок

Розрахуємо значення параметру сигнал – шум для автоколіматора.

Вихідні дані для розрахунку:

• R = 0,02 мм – радіус марки щілини;

• І = 120 мкд – сила світла світлодіода;

• Θ = 0° – кут між перпендикуляром до цієї ділянки і напрямком випромінювання;

• N_к = 0 – число непросвітлених поверхонь "повітря-крон";

• N_ф = 0 – число непросвітлених поверхонь "повітря-флінт";

• N_п = 12 – число просвітлених поверхонь;

• d = 261,5 – сумарна довжина ходу осьового променя в склі оптичних деталей, см;

• N_с = 1 – число посріблених поверхонь;

• N_а = 0 – число алюмінійованих відбиваючих деталей;

• N_д = 1 – число світлоділильних поверхонь з коефіцієнтом пропускання кожної 0,5;

• х,y = 50 мм – розміри відзеркалювальної поверхні в площині, перпендикулярної оптичної осі автоколіматора;

• X,Y = 61 мм – розміри перерізу пучка променів в тій же площині;

• l = 495 мм – відстань від вхідної зіниці до площини дзеркала;

• α = 0° - кут розвороту відбивача;

• ρ′ = 43438′

• D = 80 мм – діаметр вхідної зіниці;

• σ′ - апертурний кут об'єктиву в просторі зображень;

• Ф_п = – порогова чутливість ока.

Необхідно визначити яскравість джерела випромінювання для цього приладу, якщо вибраний приймач випромінювання має поріг чутливості Φ_п. Потік випромінювання, що виходить з об'єктиву автоколіматора, може бути знайдений за формулою:

Φ = πτАLsin2 σ, (4.1)

де τ - коефіцієнт пропускання проекційного каналу автоколіматора; А - площа марки щілини; L - яскравість випромінювання в площині марки.

Яскравість випромінювання в площині марки щілини визначається виразом:

, (4.2)

де L - яскравість джерела випромінювання.

Знайдемо площу марки щілини:

,(4.3)

Яскравість джерела випромінювання:

Таким чином,

Φ = πττ_св. АLsin σ′. (4.4)

Через кінцеві розміри щілини на виході об'єктиву відбувається розходження пучка променів. До того ж розміри відбивача, як правило, менше розмірів перерізу пучка, що додає додаткові втрати енергії. Окрім цього, частина енергії може втрачатися через він’єтування відбитого пучка на вхідній зіниці об'єктиву автоколіматора при повороті відбивача. Очевидно також, що частина енергії буде втрачена при проходженні оптичних компонентів приймального каналу автоколіматора.

Втрати енергії за рахунок впливу середовища позначаються на результатах вимірювань зазвичай лише при роботі автоколіматорів на великі відстані в польових умовах, а в нашому випадку ними можна знехтувати. З урахуванням сказаного потік випромінювання, що приходить в площину зображення, визначатиметься вираженням:

Φ′ = πττ_свτ*τ_рτ_вАLsin σ′, (4.5)

де τ* - коефіцієнт пропускання приймального каналу автоколіматора; τ_р- коефіцієнт, що враховує втрати за рахунок розходження пучка променів; τ_в- коефіцієнт, що враховує втрати через він’єтування пучка на вхідній зіниці об'єктиву.

Величину τ_рза умови рівномірного розподілу потоку в межах кута розходження пучка променів на виході об'єктиву можна знайти за формулою:

; (4.6)

Якщо нехтувати впливом аберації об'єктиву, що цілком допустимо, оскільки в автоколіматорах зазвичай використовуються високоякісні об'єктиви, значення X і Y можна знайти з геометричних співвідношень відповідно до мал. хх , де напрям ходу променів від об'єктиву до відбивача прийнято зліва направо, а відбивач умовно показаний у вигляді дзеркала з розмірами x і у.

Рис. 4.1 Схема формування пучків, що розходяться, в проекційному каналі автоколіматора

Коефіцієнт τ_ввизначається для максимального кута розвороту відбивача у тому випадку, якщо частина відбитого пучка знаходиться за межею світлового діаметру об'єктиву. Відповідно до мал. хх величина може бути з достатньою для практики точністю оцінена за формулою:

(4.7)

де b- перекриття відбитого світлового пучка і світлового діаметру об'єктива;Y′ = y + cl/f_об - розмір перерізу відбитого пучка в площині розвороту відбивача в місці розташування об'єктиву автоколіматора.

Коефіцієнт пропускання оптичних компонентів приладу, працюючого у видимому діапазоні оптичного спектру, приблизно може бути визначений за формулою:

(4.8)

Значення потоку випромінювання в площині аналізу Φ_аможе бути визначено за формулою:

(4.9)

Так як Φ_а= Φ′, то відповідно:

(4.10)

З представленої формули виразимо:

(4.11)

Отримане значення сигнал – шум повністю задовольняє вимогам до розроблюваного приладу.