Расчёт оптической системы телескопического визира

В оптическом приборостроении используют призмы двух типов: отражательные, развёртываемые в плоскопараллельную пластину, и спектральные, используемые для разложения излучения в спектр. Для изменения направления распространения пучков лучей в оптических системах используются зеркала, отражательные призмы и оптические клинья. Отражательная призма размещается:

• перед объективом;
• после объектива;
• перед сеткой окуляра;
• за сеткой окуляра.

Наиболее употребительными материалами для отражательных призм являются кроны с малым показателем преломления и малой дисперсией.

Правила конструирования отражательных призм:

1. Призмы с чётным числом граней и ходом луча в одной плоскости дают прямое изображение, с нечётным - зеркальное. При качании призмы с чётным числом граней в этой плоскости пучок лучей не отклоняется, при качании призмы с нечётным числом граней – изображение отклоняется на двойной угол.
2. Зеркально изображающая призма, дополненная крышей, даёт полное оборачивание изображения.
3. Призма сконструирована правильно, если угол падения на первую грань равен углу выхода главного луча на последней грани.
4. В большинстве случаев главный луч пучка падает на входную грань по нормали к поверхности, исключения: призма Дове, визирная качающаяся призма куб.
5. При нормальном падении главного луча на входную грань угол отклонения луча призмой равен углу с вершиной на преломляющем ребре призмы (угол между входной и выходной гранями).
6. Сконструированная правильно отражательная призма разворачивается в плоскопараллельную пластинку. Если этого не происходит, то конструируемая призма дополняется соответствующим клином, например, башмачная призма Б-90.
7. Если правильно сконструированная призма имеет ошибку в заданном угле отклонения, то эта ошибка может быть компенсирована дополнительным разворотом призмы на половинный угол. При этом возникает увеличение эффективных габаритных размеров пучка и может возникнуть срезание пучка, если не хватает припуска

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 свето¬чувствительного 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.

1 Расчет бесконечно тонкой идеальной оптической системы

1.1 Определение фокусного расстояния объектива:

...

1.2 Определение диаметра зрачка входа:

...

1.3 Развернутая схема визира без призм и сетки (см. рис.1.)

...

1.4 Определение диметра полевой диафрагмы:

...

1.5 Расчет ходов лучей 1, 2, 3, 4, 5:

...

1.11 Уточняем размеры призмы и длину хода лучей L в ней. Определяем истинное положение передней грани редуцированной призмы M’N’. Определяем размер a_2:

...

1.12 Задавшись толщиной призмы, определяем смещение луча в ней. Визир с реальной призмой и сеткой. Определяем длину визира от объектива до окуляра

...

2 Расчет реальной оптической системы

2.1 По фокусному расстоянию, относительному отверстию и полю зрения объектива и окуляра подбираем реальные объектив и окуляр с конструктивными данными, близкими к расчетным значениям. Относительное отверстие и поле зрения их должны быть не меньше, чем получилось при расчетах:

Результаты расчетов параметров объектива:

...

2.2 Пересчитываем коструктивные данные (r и d) выбранного объектива и окуляра:

...

2.3 Путем просчета нулевых лучей, параллельных оптической оси, определяем положение передних и задних главных плоскостей, пересчитанных объектива и окуляра относительно передних плоскостей:

...

2.10 Расчет хроматической аберрации объектива для линии спектра F,D,С при падении лучей на высоте h .

...