double arrow

Телескопические системы

1

Лабораторная работа № 6.

Телескопические оптические системы.

Цель работы: рассмотреть оптическую систему телескопических систем; измерить основны характеристики визуальных зрительных труб.

К работе допущен

Работу выполнил

Работу защитил

Введение.

Телескопические системы

Существует большое количество оптических приборов, предназначенных для рассматривания глазом наблюдателя далеко удаленных предметов. К числу таких приборов относятся зрительные трубы, бинокли, телескопы, стереотрубы, дальномеры, перископы, прицелы, теодолиты, нивелиры и т. п.

Так как рассматриваемый предмет весьма удален, то по сравнению с конечными размерами входных отверстий приборов, в которые поступают пучки лучей, расстояния до предметов принимаются равными бесконечности, а лучи внутри каждого из пучков, осевого или наклонного, параллельными друг другу. Для того чтобы глаз наблюдателя рассматривал изображение, образованное таким прибором, без аккомодации, необходимо, чтобы и из оптической системы прибора также выходили параллельные пучки лучей. Оптические системы, удовлетворяющие этому условию, являются телескопическими.

Итак, телескопические системы (ТС) - это такие оптические системы, которые преобразуют параллельные пучки лучей, входящие в систему, также в параллельные пучки лучей по выходе из нее.

Устройство телескопической системы, состоящей из бесконечно тонких компонентов, показано на рис. 8. В своей конструкции телескопическая система должна иметь как минимум два основных компонента: первый (обращенный к рассматриваемым объектам) называется объективом; а второй (обращенный к глазу наблюдателя) - окуляром.

Чтобы соблюсти условия параллельности лучей в пучке, необходимо совместить задний фокус объектива с передним фокусом окуляра. В этом случае будет образована простая зрительная труба, какими являются зрительные трубы телескопов, прицелов оптических приборов. Поскольку оптическая сила подобного рода систем равна нулю и фокусное расстояние равно бесконечности, то телескопические системы называют еще афокальными.

Сложная телескопическая система, кроме двух составляющих основных оптических частей - объектива и окуляра, может иметь ряд других оптических деталей: защитные стекла, сетки, призмы, оборачивающие и фокусирующие системы, светофильтры и т.п. Конструктивно эти детали могут быть отнесены как к объективной, так и к окулярной части.

Рис. 2. Телескопическая система.

Оптическая система зрительной трубы характеризуется в основном увеличением, полем зрения, диаметром входного или выходного зрачка, удалением выходного зрачка от последней поверхности окуляра и разрешающей способностью.

Отношение тангенсов углов и есть угловое телескопической системы, а так как угол определяет видимую величину изображения, то угловое увеличение телескопической системы называют видимым увеличением Г:

(1)

Одновременно из рис 2 следует

(2)

и

(3)

Зрительные, прицельные и измерительные трубы (также и геодезических приборов), работающие со штатива и на большие расстояния, имеют большое увеличение - более . Верхний предел ограничивается необходимой точностью визирования, дальностью наблюдений (дальномеры и геодезические приборы), состоянием атмосферы (астрономические приборы), а также минимальным полем зрения, при котором возможна еще работа с прибором.

Визирные устройства фотоаппаратов имеют увеличение 0‚3- . У перископов и искателей - небольшое увеличение 1‚5-4"‚ так как они должны иметь большое поле.

Прицелы минометные, пулеметные и другие изготовляют с увеличением 2-4-6“; бинокли, искатели и другие наблюдательные и прицельные трубы, которыми пользуются без штатива или с подвижных устройств, имеют увеличение 4-8‘; их поле зрения должно быть по возможности больше, а габариты меньше.

Поле зрения характеризует величину изображаемого пространства. Его величину обычно выбирают исходя из поля зрения, обеспечиваемого окуляром. Наибольшая величина углового поля зрения 200 телескопической системы определяется наибольшим угловым полем зрения окуляра:

(4)

или

(5)

Как видно отсюда, поле зрения зрительной трубы обратно пропорционально увеличению.

Увеличение и поле зрения приборов выбирают в зависимости от их назначения. Наблюдательные и прицельные трубы, театральные бинокли, минометные и пулеметные прицелы, перископы с увеличением Г = 1,54" имеют большое поле зрения 30- . Полевые бинокли и искатели имеют поле зрения 6-10° при увеличении 10-6". Геодезические, астрономические трубы и дальномеры имеют небольшое поле зрения 1-2° и менее. Они часто снабжаются дополнительными наблюдательными трубами, искателями с увеличением 4-10" и полем зрения10-5 . Кроме того, в настоящее время уже созданы и более сложные окуляры, которые позволяют вести наблюдение В пределах ПОЛЯ в 100 .

Для удобства работы и коррекции аметропии глаза окуляр зрительной трубы, как и любого другого визуального наблюдательного прибора имеет подвижку вдоль оптической оси. При близорукости его вдвигают т.е. приближают окуляр к объективу

Важными характеристиками телескопических систем является диаметр выходного зрачка и его удаление.

Диаметр выходного зрачка зрительных труб определяет относительную субъективную яркость восприятия глазом наблюдаемых предметов. Исходя из субъективной яркости, различают: нормальное увеличения, когда диаметр выходного зрачка ТС равен диаметру зрачка глаза. и увеличение больше и меньше нормального. При этом следует иметь в виду два варианта: точечный предмет и предмет конечных размеров.

Для протяженных предметов субъективная яркость определяется освещенностью изображения наблюдаемых предметов на сетчатке глаза, и поэтому при использовании зрительной трубы субъективная яркость всегда меньше, чем без ее использования (пропорциональна отношению квадратов диаметров выходного зрачка прибора к диаметру зрачка глаза). Поэтому важным является доведение диаметра выходного зрачка оптической системы до диаметра зрачка глаза. Видимое увеличение телескопической системы, при котором диаметр выходного зрачка равен диаметру зрачка глаза наблюдателя, называется нормальным увеличением. Такое увеличение обычно имеют зрительные трубы, предназначенные для использования при плохих условиях освещенности (сумерки и т. п.).

В случае наблюдения точечного предмета (астрономические трубы) субъективная яркость определяется уже диаметром входного зрачка объектива. При нормальном увеличении ее величина определяемая отношением потоков, прошедших, соответственно, зрительную трубу и невооруженный глаз, возрастает в квадрат отношения (D/ ). Для увеличения, меньше нормального, не весь поток, прошедший ТС, попадает в глаз наблюдателя, и, следовательно, для оценки субъективной яркости необходимо учесть уменьшение действующего диаметра входного зрачка.

Для телескопических систем диаметр выходного зрачка при наблюдении предметов конечных размеров берут по возможности равным зрачку глаза или несколько больше, обеспечивая высокую яркость. В наблюдательных приборах типа бинокля, стереотрубы - диаметр выходного зрачка равен 3-5 мм, в астрономических и геодезических трубах - 1-2 мм. Для труб, наблюдение в которые ведется в сумерки и ночью, а также для труб винтовочных и пулеметных прицелов‚ в которых трудно совместить зрачок глаза с выходным зрачком, последний берут размером 6-8 мм и более.

При наблюдении в зрительную трубу предметов конечных размеров не всегда удается сохранить максимальную субъективную яркость изображения в глазу из-за увеличения габаритов трубы. Например при Г = 20 и В Т 5 мм должны получить В = В’Г = 100 мм, а практически делают В = 3 Мм‚ В = 60 мм, поэтому, в технических условиях иногда оговаривается допуск на срезание зрачка в определенных пределах и его некруглая форма.

Величину удаления выходного зрачка от задней фокальной плоскости окуляра для простейшей телескопической системы можно довольно просто рассчитать по формуле (рис. 2):

(6)

ЕЁ Когда удаление выходного зрачка требуется получить на заданном расстоянии от окуляра, применяют дополнительную (коллективную) линзу, устанавливаемую в передней фокальной плоскости окуляра или вблизи ее. Отрицательная коллективная линза удаляет выходной зрачок от окуляра на величину , положительная, наоборот, приближает. Применение коллективных линз не влияет на другие характеристики телескопических систем, вызывая лишь изменение диаметров окулярных линз.

Разрешающая способность зрительной трубы в основном определяется объективом. Окуляру отводится вспомогательная роль: он позволяет глазу рассмотреть то, что разрешает объектив. Для этого его увеличение, определяющее диаметр выходного зрачка ТС, должно соответствовать нормальному или превышать его. При увеличении, меньше нормального, глаз не в состоянии реализовать разрешение, обеспечиваемое объективом. Угловой предел разрешения визуального прибора можно оценить с учетом следующей формулы:

(7)

Т.е. угловой предел разрешения прибора, действующего глазом, в Г раз меньше предела разрешения невооруженного глаза.

Помимо разрешающей способности, важной характеристикой объектива является качество изображения. При высоком качестве изображение должно быть подобно объекту, бесцветным или слабо окрашенным, сохранять общий контраст, а границы нерезкости должны соответствовать разрешающей способности. Остаточные аберрации и погрешности изготовления снижают разрешающую способность и качество изображения по сравнению с идеальной системой. Рефлексы и светорассеяние снижают разрешающую способность, особенно при наблюдениях в сумеречных условиях. Светорассеяние в хороших приборах должно составлять не более 1-1‚5 %‚ в сложных- 2-3 %. Коэффициент пропускания простых зрительных труб с просветленными поверхностями оптических деталей должен быть 80-85 %, биноклей и стереотруб - 65-75 %, сложных прицелов перископов, дальномеров - 25-30.


Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:  


1

Сейчас читают про: