Определение положения призмы в оптической схеме зрительной трубе

Белорусский национальный технический университет

 

Приборостроительный факультет

 

Кафедра «Лазерная техника и технология»

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

 

«Построение оптической схемы зрительной трубы»

 

По дисциплине «Прикладная оптика»

 

 

2013

Цель работы – приобрести практические навыки построения оптической схемы зрительной трубы.

Задание по работе:

1. Ознакомиться с правилами знаков.

2. Начертить оптическую схему зрительной трубы в соответствии с ГОСТ 2.412-81.

3. Рассчитать коэффициент пропускания оптической системы.

Теоретическая часть

Оформление принципиальной оптической схемы

Оптический прибор состоит из взаимосвязанных блоков и элементов, предназначенных для получения изображения предмета на чувствительной поверхности приемника с помощью оптической системы.

Оптическая система – совокупность оптических деталей (например, линз, призм, зеркал и их комбинаций), установленных друг относительно друга в определенном порядке в соответствии с расчетом.

Поверхности деталей, преломляющие или отражающие лучи, нумеруются по ходу луча.

Согласно ГОСТ 2.412-81 на оптической схеме должны быть изображены оптические элементы, выполняющие определенную функцию, упрощенно источники и приемники излучения, если таковые есть в схеме; элементы, поворачивающиеся или перемещающиеся вдоль или перпендикулярно оси, которые следует показывать в основном рабочем положении; положение диафрагм, зрачков (при необходимости), фокальных плоскостей, плоскостей изображения, предмета (для фотографических объективов и объективов микроскопов), а также положение экранов, светорассеивающих плоскостей и поверхностей, если таковые есть в системе. На принципиальной оптической схеме необходимо привести основные оптические характеристики в виде записей на поле схемы или в таблице произвольной формы (приложение 1).

В зависимости от типа оптической системы на оптической схеме следует указывать: диаметры диафрагм, размеры зрачков, размеры тела накала или других светящихся элементов источников излучения, воздушные промежутки и другие размеры по оси, определяющие взаимное расположение оптических элементов, диафрагм, зрачков, фокальных плоскостей, плоскостей изображения и плоскостей предмета (для систем, работающих на конечном расстоянии), источников излучения и приемников энергии; размеры, определяющие положение оптической системы относительно механической части прибора; габаритные или установочные размеры, например, длину базы, высоту выноса плоскости изображения (при необходимости).

Для телескопических систем следует привести: видимое увеличение, угловое поле оптической системы в пространстве предметов, диаметр выходного зрачка, удаление выходного зрачка от последней поверхности, предел разрешения, коэффициент пропускания (при необходимости).

Для фотографических объективов: фокусное расстояние, относительное отверстие, угловое поле оптической системы или размер кадра, разрешающую способность, коэффициент пропускания.

Для фотоэлектрических систем: размеры фотокатодов или типы фотоприемников, размеры светового пятна на фотокатодах.

Определение положения призмы в оптической схеме зрительной трубе

Для оформления оптической схемы зрительной трубы Кеплера необходимо основываясь на данных полученных в лабораторной работе № 2 и № 3 определить расстояние от последней поверхности объектива до входной грани призмы (рис.1) в случае, если плоскость гравировки сетки обращена к окуляру, определяется по формуле:

,

где  – толщина редуцированной сетки, n – показатель преломления стекла, из которого изготовлена сетка, как правило, стекло К8 (n_е=1,5183) или БК10 (n_е=1,5713), t – толщина сетки по оси (задана в лабораторной работе № 2). Толщина пластин выбирается 2–2.5 мм, при большом диаметре, в широкопольных окулярах, может выбираться 2.8 мм.

Если изображение находится на первой поверхности сетки (т.е. плоскость делений на 1-ой поверхности), отрезок определяется, по формуле:

.

Расстояние от последней поверхности призмы до сетки определяется по формуле:

.

Рис. 1. Определение положения призмы

Положение выходной грани призмы .

При правильно рассчитанных и заданных положениях призмы и сетки значение увеличения Гсистемы не изменяется.

Правила знаков

Для удобства задания расположения оптических элементов друг относительно друга, чтения оптических систем и проведения расчетов приняты единые правила знаков.

Иллюстрация, приведенная ниже, показывает правильное использование знаков для различных величин при описании оптических систем (рис.2).

 

Рис. 2. Использование правила знаков для описания оптических систем

За положительное направление света принимают направление распространения его слева направо (ГОСТ 7427).

1) Линейные отрезки вдоль оси считаются положительными, если направление их отсчета от ОС совпадает с направлением света, и отрицательными в противоположном случае (рис.3 а);

2) Радиус кривизны поверхности считается положительным, если центр кривизны находится справа от поверхности, и отрицательным, если он находится слева (рис.3 б);

3) Величины толщин линз и других оптических деталей, а также воздушные промежутки между преломляющими поверхностями всегда считаются положительными при движении слева направо;

4) Высоты пересечения лучей с поверхностями и величины предметов и изображений считаются положительными вверх от оптической оси и отрицательными – при расположении вниз от оси (рис.3 в, г);

5) Угол луча с оптической осью считается положительным, если для совмещения оси с лучом ось нужно вращать по часовой стрелке, и отрицательным, если вращение производится против часовой стрелки (рис. 3 д);

6) Углы между лучами и нормалью к поверхности в точке падения луча (углы падения и преломления) считаются положительными, если для совмещения нормали с лучом ее нужно вращать по часовой стрелке, и отрицательным, если вращение производится против часовой стрелки (рис. 3 е).

7) При отражении на поверхности изменяется знак и угол отражения, показатель преломления и величины расстояния между данной поверхностью и следующей (при движении света слева на право).

Правила знаков позволяют представить оптические системы, состоящие из деталей с преломляющими и отражающими поверхностями через их конструктивные параметры (радиусы кривизны, толщину, показатели преломления) и использовать формулы из геометрической оптики для различных случаев построений и расположений элементов оптических систем.

Во всех системах проектирования оптических систем приняты определенные правила записи конструктивных параметров системы. Обычно они представляются в виде таблицы:

№

Радиусы

Осевые расстояния

Среды

Величины пишутся с учетом знака. Поверхности записываются по мере прохождения через них луча (Приложение 2).