2. Габаритный расчет.

3. Выбор или расчет окуляра и призмы и определение аберраций объектива.

4. Расчет объектива.

5. Оценка качества изображения.

Основанием для разработки оптической схемы прибора является техническое задание (ТЗ), которое в явном или неявном виде содержит основные характеристики системы, а также требования по достижению определенного качества изображения.

Рассмотрим расчет монокуляра на примере.

Т

Рис. 8

ехническое задание. Рассчитать оптическую систему прибора, предназначенного для наблюдения за перемещениями вертолета, находящегося в зените на высоте 3 км. Вертолет будет отклоняться от вертикали в горизонтальном направлении не более чем на 300 м (рис. 8). Прибор должен позволять заметить отклонение вертолета в 3 м, причем впечатление от изображения этого минимального отклонения должно быть не хуже, чем от миллиметровых делений линейки. Наблюдения проводятся в сумеречное время (восход, заход Солнца) при ожидаемой минимальной яркости фона (небо, облака) L_V,Ф=0,45 Кд/м². Допускается падение освещенности на краю поля вдвое. Зрительная ось оператора должна быть горизонтальной. Длина оптической системы L=100 мм.

1. Обоснование выбора оптической схемы и определение основных оптических характеристик

Е

Рис.9

стественно, что для наблюдения за удаленным объектом необходима телескопическая система, состоящий как минимум из объектива и окуляра. Для согласования направления на объект и горизонтального расположения зрительной оси оператора необходима отражательная призма с углом отклонения 90°. А так как изображение должно быть прямым (важно правильно оценивать направление перемещений вертолета), призму снабжают крышей.

Таким образом, оптической схемой прибора является схема призменного монокуляра, состоящая из объектива, прямоугольной крышеобразной призмы и окуляра (см. рис. 8).

Основными оптическими характеристиками телескопической системы, как известно, являются видимое увеличение Г_т, угловое поле 2 и диаметр выходного зрачка D'. Определим их.

Видимое увеличение можно выразить через отношение угловых пределов разрешения в пространстве изображений () и в пространстве предметов ():

Гт='/.

(1)

Угловой предел разрешения ' определим исходя из указаний о необходимости иметь впечатление от изображения минимального отклонения не хуже, чем от миллиметровых делений, т.е. '=1/250=0,004 или '=13,3', где 250 мм – расстояние наилучшего зрения. Угловой предел разрешения  в пространстве предметов (см. рис. 8) равен =А/Н, где А – минимальное горизонтальное отклонение, равное 3 м, Н – высота полета, т.е.=3/3000=0,001 или =3,3' *).

^{___________________________________________________________________________________________________________}

^*) Если принять '=1' и Гт=1^х (т.е. допустить, что прибор не нужен), то условия наблюдения будут дискомфортными, так как наблюдатель будет видеть изображение смещения в 3 м как перемещение точки размером примерно в 0,1 мм на такую же величину.

Видимое увеличение вычислим по формуле (1) Г_т=13,3/3,3=4^х. Следует помнить, что призма с крышей имеет Г_пр=-1^х, поэтому при расчете зрительной трубы следует принимать Г_т=-4^х.

Угловое поле 2 зависит от линейного поля 2y=600 м и высоты Н=3 км, tg=y/H, откуда tg=0,1, =5,71°. Примем 2=12°.

Для определения диаметра выходного зрачка воспользуемся [¹] зависимостью диаметра зрачка глаза от яркости фона, из которой следует, что при L_v,Ф =0,45 кд/м² D_гл=5 мм. Считая, что D'=D_гл, примем D'=5 мм, так как D=Г_тD' и следовательно, D=20 мм. Тогда ожидаемый угловой предел разрешения [²] _ож=140''/D будет равен _ож=7", что позволяет прибору иметь линейный предел разрешения в пространстве предметов значительно выше требуемого (=3 м; _ож=0,16 м).

Условия наблюдения зависят не только от разрешающей способности прибора, но и от контраста К, оптимальное значение которого 0,6-0,95:

.

(2)

Определим яркость предмета L_v,пр с коэффициентом диффузного отражения =0,6 (покрытие самолета, вертолета [³]) при условии, что на его поверхности создана освещенность на порядок меньше, чем на поверхности Земли при восходе или заходе Солнца [Error: Reference source not found], т.е. Е_v,пр=1050 лк. В соответствии с формулой L_v,пр= E_v,пр/, L_v,пр=1,99,6 кд/м², а по формуле (2) получим К=0,760,95, что позволяет сделать вывод об оптимальных условиях наблюдения и с энергетической точки зрения.

Итак, необходимо рассчитать оптическую систему призменного монокуляра, имеющего: Г_т=4^х; 2=12°; D'=5 мм; L=100 мм (L=f'_об+f'_ок); K_=0,5.