Габаритный и аберрационный расчет призменного монокуляра

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования  
«Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана  
(национальный исследовательский университет)»

Габаритный и аберрационный  
расчет призменного монокуляра

Методические указания  
к выполнению курсовой работы

ISBN 978-5-7038-4935-4 

© МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018
© Оформление. Издательство  
 
МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018

УДК 535.31
ББК 22.34
 
Г12 

Издание доступно в электронном виде на портале ebooks.bmstu.ru
по адресу: http://ebooks.bmstu.press/catalog/112/book1855.html

Факультет «Радиоэлектроника и лазерная техника» 
Кафедра «Лазерные и оптико-электронные системы» 

Авторы:
В.Г. Поспехов, С.В. Бодров, Ю.Ю. Качурин, А.В. Крюков

Рекомендовано Редакционно-издательским советом  
МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве учебно-методического пособия

 
 
Габаритный и аберрационный расчет призменного монокуляра. Методические указания к выполнению курсовой работы / [В. Г. Поспехов и др.]. — Москва : Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 
2018. — 45, [3] с. : ил.
ISBN 978-5-7038-4935-4 

Издание подготовлено в помощь студентам, выполняющим курсовую работу по учебной дисциплине 
«Прикладная оптика». На конкретном примере рассмотрен габаритный, аберрационный и светоэнергетический расчет оптической системы призменного монокуляра. Дана оценка качества изображения полученной 
оптической системы. 
Для студентов, обучающихся по направлениям подготовки «Оптотехника», «Лазерная техника и лазерные 
технологии» (бакалавриат) и специальности «Электронные и оптико-электронные приборы и системы специального назначения» (специалитет). 

УДК 535.31
ББК 22.34

Г12

Предисловие

Учебно-методическое пособие подготовлено в помощь студентам, выполняющим курсовую 
работу по дисциплине «Прикладная оптика». Эта дисциплина входит в образовательные программы бакалавриата (направления подготовки «Оптотехника» и «Лазерная техника и лазерные 
технологии») и специалитета (специальность «Электронные и оптико-электронные приборы 
и системы специального назначения». 
Цель и задачи курсовой работы — содействие формированию теоретических знаний и практических навыков, позволяющих проектировать оптические системы оптико-электронных приборов. При выполнении курсовой работы обучающиеся смогут применить свои знания для решения поставленной задачи. 
После выполнения и защиты курсовой работы студенты овладеют:

• базовыми знаниями о принципах построения типовых оптических систем оптико-электронных приборов, их основных характеристиках;

• методиками определения оптических характеристик типовых визуальных, лазерных, фотографических и фотоэлектрических оптических систем; 

• практическими навыками выполнения габаритного, аберрационного и светоэнергетического расчета оптических систем оптико-электронных приборов;

• практическими навыками самостоятельного применения программных средств, предназначенных для аберрационного расчета и анализа качества изображения оптических систем.
Дисциплина «Прикладная оптика» построена по модульному принципу, каждый модуль 
представляет собой логически завершенный раздел курса. Для каждого модуля программой дисциплины задан набор планируемых результатов обучения. Достижение этих результатов оценивается при текущем контроле усвоения дисциплины. 
Методика освоения материала модулей дисциплины «Прикладная оптика» нацелена на достижение ряда результатов обучения, которые сформулированы в программе дисциплины. В ней 
описано, что после освоения дисциплины студент должен знать (помнить и понимать), уметь 
(применять, анализировать, оценивать и создавать), какими навыками он должен овладеть. Достижение каждого результата оценивается при текущем или промежуточном контроле. 
Важной составной частью самостоятельной работы студента является выполнение курсовой 
работы и подготовка к ее защите. Текущий контроль проводится в процессе изучения каждого модуля учебной дисциплины. Для успешного завершения работы в семестре студент должен 
пройти все контрольные мероприятия, включая выполнение и защиту курсовой работы. 
Оценка выполнения курсовой работы входит в контрольные мероприятия по модулям 7–10. 
Выполнение первого этапа курсовой работы оценивается на третьей учебной неделе семестра в рамках контрольных мероприятий по модулю 7. Первый этап курсовой работы включает: 
получение задания, выбор принципиальной схемы прибора и расчет его основных характеристик, выполнение габаритного и светоэнергетического расчета оптической системы прибора.
Оценка выполнения второго этапа курсовой работы на девятой неделе семестра входит 
в контрольные мероприятия по модулю 8. Второй этап курсовой работы включает: подбор по 
каталогам компонентов оптической системы прибора с учетом их остаточных аберраций, синтез 
компонентов оптической системы с учетом требований остаточных аберраций.
Третий этап курсовой работы оценивается на 12-й учебной неделе семестра в числе контрольных мероприятий по модулю 9. Выполнение третьего этапа курсовой работы включает: 
компоновку всей оптической системы прибора, оценку качества изображения полученной оптической системы.
Заключительный этап курсовой работы (15-я учебная неделя семестра) оценивается среди 
контрольных мероприятий по модулю 10. Этот этап курсовой работы включает: написание расчетно-пояснительной записки, оформление графической части, подготовку доклада и защиту 
курсовой работы.
Выполнение каждого этапа курсовой работы оценивается по следующей шкале: 25 баллов — 
правильное и своевременное выполнение всех заданий, верные и полные ответы на вопросы 

преподавателя во время консультаций и защиты работы; 15 баллов — несвоевременное выполнение заданий, небрежное решение, правильные, но неполные ответы на вопросы преподавателя во время консультаций и защиты работы.
Студент, выполнивший все предусмотренные учебным планом задания и прошедший все 
контрольные мероприятия, получает итоговую оценку по дисциплине «Прикладная оптика» за 
семестр в соответствии со шкалой, приведенной ниже: 

Рейтинг   
    Оценка на дифференцированном зачете
   (при защите курсовой работы)
90–100  ................................. Отлично
75–89  ................................... Хорошо
60–74  ................................... Удовлетворительно
0–59  ..................................... Неудовлетворительно

В качестве рекомендаций по организации самостоятельной работы студентов можно указать 
следующее. 
На выполнение курсовой работы в учебном плане выделено 72 ч самостоятельной работы 
студентов в течение 15 учебных недель. На выполнение первого этапа курсовой работы учебным планом и программой дисциплины запланировано 16 ч самостоятельной работы студентов. 
Трудоемкость второго и третьего этапов работы — 18 ч, заключительного этапа — 20 ч самостоятельной работы.
Залогом успешного решения поставленной задачи является ритмичная работа студента в течение всего семестра. Руководители курсовой работы еженедельно проводят консультации, во 
время которых контролируют ход выполнения работы, дают ответы на возникающие у студентов вопросы, ставят задачи и определяют сроки выполнения следующего этапа. 

Введение

Призменным монокуляром называют прибор, оптическая система которого представляет собой простую зрительную трубу с призмой или системой призм для оборачивания изображения, 
благодаря чему весь прибор создает прямое изображение.
Зрительные трубы по типу использованных в них оптических элементов бывают линзовыми, 
зеркальными и зеркально-линзовыми. Системы с линзовыми компонентами применяются чаще 
других. Оптические системы телескопических систем могут быть построены по одной из двух 
схем: Галилея (рис. 1, а) или Кеплера (рис. 1, б). 

      

Рис. 1. Схемы зрительной трубы: 

а — Галилея; б — Кеплера

Зрительная труба Галилея состоит из объектива, имеющего положительную оптическую силу, 
и окуляра с отрицательной оптической силой. К достоинствам таких зрительных труб можно отнести простоту конструкции, малые габариты и получаемое прямое изображение. К недостаткам 
относится небольшое значение углового поля в пространстве предметов, что вызвано значительным удалением входного зрачка трубы от первой поверхности оптической системы (изображения зрачка глаза через окуляр и объектив в обратном ходе лучей). Вследствие этого зрительная 
труба Галилея имеет небольшое увеличение — от двух до пяти, в редких случаях до шести крат. 
При больших значениях видимого увеличения создается впечатление, что смотришь через узкую 
длинную трубу. Кроме того, в зрительной трубе Галилея отсутствует плоскость промежуточного 
изображения, что делает невозможным использование измерительной сетки. Поэтому зрительная труба Галилея нашла применение только в театральных биноклях.
Зрительная труба Кеплера состоит из объектива и окуляра, имеющих положительную оптическую силу. Применение положительного окуляра позволило обеспечить достаточно большие 
значения углового поля. К достоинствам зрительной трубы Кеплера можно отнести наличие 
плоскости действительного промежуточного изображения. В эту плоскость при решении ряда 
задач устанавливают сетки, экраны, фильтры. 
Для согласования направления на объект (визирная ось) и, как правило, горизонтально 
расположенной оси окуляра в конструкции призменного монокуляра предусмотрена одиночная 
призма или система призм. 
Кроме того, для адекватного наблюдения за объектами возникает необходимость получения 
прямого изображения. Решение этой задачи может быть осуществлено различными способами: 
с помощью либо призменных оборачивающих систем, либо линзовых оборачивающих систем. 
Если в монокуляре используется одиночная призма, то для получения прямого изображения 
в приборе она должна иметь крышу.
Рассмотрим схемы призменных монокуляров. Призма Шмидта (рис. 2, а) позволяет иметь в 
монокуляре угловое поле в пространстве предметов не более 8° и обеспечивает угол отклонения 
между визирной осью (оптической осью в пространстве предметов) и оптической осью окуляра 
45°. Монокуляр с призмой Аббе (рис. 2, б) используется для изготовления призматических биноклей. Призма Пехана (рис. 2, в) позволяет получить компактную вдоль оси оптическую систему 
благодаря большой длине хода лучей внутри призмы. Если бинокулярный прибор, состоящий 
из двух монокуляров, должен иметь возможность регулирования расстояния между визирными 
осями и компактность, то следует применять в схеме призму Лемана (рис. 2, г).