автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.07, диссертация на тему:Исследование и расчет зеркально-линзовых зрительных труб прямого изображения

Введение

Глава I. Обзор существующих зрительных груб теодолитов jO

Вывода зе

Глава II. Получение прямого изображения в зеркально-линзовых зрительных трубах и некоторые вопросы их дальномерных свойств

2.1. Зеркально-линзовая; зрительная труба с двухкомпо-нентным объективом

2.2. Зеркально-линзовая зрительная труба с трехкомпо-нентным объективом

2.3. Зеркал ьн сил инз овая зрительная труба ,с четырехкомпо-нентным объективом

Выводы

Глава III. Методика расчета зеркально-линзовых зрительных труб прямого изображения ^

3.1. Основы габаритного расчета

3.2. Основы аберрационного расчета

3.2.1. Применение асферики

3.2.2. Аберрационные свойства базовых элементов зеркально-линзовых зрительных труб

3.2.2.1. Сферическое зеркало с наружным отражением

3.2.2.2. Зеркальная линза - базовый элшент оптической системы зеркально-линзовых объективов с промежуточной плоскостью изображения SO

-3- Стр.

3.2.2.2.1. Сферическая аберрация зеркальной линзы

3.2.2.2.2. Неизопланатизм зеркальной линзы

3.2.2.2.3. Хроматические аберрации зеркальной линзы

3.2.3. Коррекционные элементы зеркально-линзовых объективов с промежуточной плоскостью изображения

Выводы

Глава IV • Общая компоновка зеркально-линзовых зрительных труб прямого изображения. Синтез зеркально-линзовых объективов с плоскостью промежуточного изображения

4.1. Двухкомпонентный двухзеркальный катадиоптричеекий объектив "Георуссар 22"

4.2. Трехкомпонентные катадиоптрические объективы

4.2.1. Короткофокусный трехкомпонентный двухзеркальный катадиоптричеекий объектив с "коллективной" линзой "Георуссар 23"

4.2.2. Трехкомпонентный двухзеркальный катадиоптричеекий объектив с асферикой "Георуссар 23А" j5j

4.2.3. Трехкомпонентный четырехзеркальный катадиоптричеекий объектив "Георуссар 43"

4.2.4. Трехкомпонентный четырехзегкальный катадиоптричеекий объектив с асферикой "Георуссар 43А"

4.3. Четырехкомпонентный двухзеркальный катадиоптричеекий объектив "Георуссар 24"

4.4. Синтез зеркальноплинзовых зрительных труб прямого изображения по "обобщенной вариации" теории синтеза оптических систем

Выводы

4-- Стр.

Глава V . Оценка разработанных устройств

Выводы

Р&звернутое строительство коммунизма в нашей стране выдвигает перед наукой и производством задачи совершенствования средств труда путем внедрения в производство новейших достижений научных исследований и передового производственного опыта*

В соответствие с решениями XX VI съезда КПСС и Пленумов Щ КПСС 1980-84 годов планами экономического и социального развития СССР на 1981-85 годы и на период до 1990 года предусмотрено осуществить переход всего народного хозяйства на путь интенси$ика- . цик, подчеркнута необходимость обеспечения дальнейшего и пропорционального развития общественного производства, последовательное осуществление курса на повышение эффективности и качества работы во всех звеньях народного хозяйства, скорейшему внедрению передовых достижений современного научно-технического прогресса в экономическую и социальную практику. Стремительное развитие различных отраслей науки и техники ведет за собой и ускоренное развитие оптического приборостроения, способствуя созданию оптических систем с форсированными количественными и качественными характеристиками, расширяя производство оптико-механических п-в-боров и инструментов, отвечающих самым современным высоким требованиям.

Создав опорную геодезическую сеть страны, отвечающую высоким запросам сегодняшнего дня и ближайшего времени, необходимо заботиться о дальнейшем усовершенствовании и повышении ее точности в соответствии с новыми, еще более высокими требованиями, которые несомненно возрастут в недалеком будущем в результате расширения круга сложных задач и проблем научного и народнохозяйственного значения.

Темпн научно-технического прогресса в геодезии, уровень технологии топографо-геодезических работ во многом определяется развитием и соверенствованием геодезических приборов, среди которых важное место занимают угломерные инструменты, в частности - теодолиты.

Достижение нового уровня точности в теодолите представляет собой сложную техническую задачу. С оверлеи ствование отдельных узлов этих приборов происходит неравномерно: зрительные трубы, являющиеся сложной и ответственной системой, несущей боянную функциональную нагрузку, в течение долгого времени не претерпевали существенных изменений. В последние годы, однако, появились интересные работы в области реконструкции и проектирования новых моделей зрительных труб.

Малогабаритные, стабильные зрительные трубы современных теодолитов являются высококачественными оптическими системами, позволяющие производить измерения в самых суровых условиях эксплуатации, обеспечивают удобство наблюдения, имеют минимальную коллимационную сшибку, дают яркое и контрастное изображение объектов, удаленных на различные расстояния, имеют возможность перевода через зенит как со стороны объектива, так и со стороны окуляра.

Вопросы, связанные с разработкой зеркально-линзовых зрительных труб прямого изображения, обеспечивающих высокие оптические и эксплуатационные характеристики, практически мало исследованы. Поэтому изучение свойств указанных оптических систем в целом и элементов, их составляющих, разработка принципов построения и расчета различных тшов катадиоптрических зрительных труб прямого изображения с улучшенными оптическими и эксплуатационными характеристиками является актуальной задачей, решение которой стало цояью данной диссертационной работы»

На защиту выносятся следующие результаты: а/ научные результаты диссертационной работы:

- изложены принципиальные возможности получения прямого изображения в зеркально-линзовых зрительных трубах на основе применения двух- и четырехзеркальных схем головной части объективов, предложены конструкции базовых узлов "кольцевого телескопа",

- получена целостная картина дальномерно-точностных свойств исследуемых оптических систем, выявлены оптимальные схемные решения с точки зрения развития светосилы системы,

- развита методика синтеза из простейших базовых и коррекцион-ных элементов применительно к зеркально-линзовым зрительным трубам прямого изображения,

- изложены основы аберрационного расчета, исследована работа составляющих элементов и даны рекомендации по их использованию в рассматриваемых системах зеркально-линзовых объективов, что наглядно подтверждено расчетом конкретных схем светосильных систем,

- на основе развитой методики сщтеза разработано принципиально новое построение зеркаяьно-линзовых зрительных труб прямого изображения. б/ практические результаты диссертационной работы:

- выполнены расчеты зеркально-линзовых объективов с промежуточным изображением с асферическими поверхностями, получившие названия "Feopyccap 23А" и "Георуссар 43А", с улучшенным качеством изображения и уменьшенной длиной вдоль оптической оси,

- выполнены расчеты двухкомпонентного объектива "Feopyccap 22",

- разработана система объектива "Георуссар 23", на базе оригинальной схемы которого выпущены опытные образцы малогабаритного десятикратного бинокля БЗД-10Х,

- разработаны системы катадиоптрических объективов "Георуссар 43" и "Георуссар 24", выполнены опытные образцу по данным схемам оптики,

- рассчитаны и изготовлены светосильные зеркально-линзовые объективы упрощенной конструкции.

Пять рассчитанных систем имеют оригинальные оптические схемы и признаны изобретениями.

Основные результаты, полученные в диссертационной работе, могут быть сформулированы следующим образом:

1. Рассмотрено развитие оптических систем геодезических зрительных труб, современное состояние теодолито строения и тенденции дальнейшей модернизации по пути повышения их технико-эксплуатационных и качественных характеристик.

2. Изложены принципиальные возможности получения прямого изображения в зеркально-линзовых зрительных трубах на основе применения двух- и четырехзеркальных схем головной части объективов, предложены конструкции базовых узлов "кольцевого телескопа" для синтезирования зеркально-линзовых объективов прямого изображения.

3. Последовательное рассмотрение различных способов перефокусировки совокупно с приложением теории нитяного дальномера применительно к зеркально-линзовым зрительным трубам прямого изображения позволило проанализировать их аналлатические свойства и получить целостную картину дальномерно-точностных возможностей исследуемых оптических систем.

4. Проанализированы возможные варианты компоновки зеркально-линзовых объективов с. промежуточной плоскостью изображения с точки зрения развития светосилы системы, выявлены оптимальные схемные решения.

5. Даны рекомендации по проведению габаритного расчета структурно-функциональной схемы зрительных труб, предложены расчетные форюуяы подвижек фокусирующих компонентов и возникающих колебаний визирной оси.

6. Изложены основы аберрационного расчета, построенного на коппозиционной теории проф. М»М.1^синова. Обоснован выбор типа составляющих зеркально-линзовый объектив компонентов и исследованы их коррекционные возможности, показан характер изменения аберрационных функций» Подучены расчетные формулы величин сферической аберрации и радиусов комы сферической отражающей поверхности и компенсационной шгоскопараллельной пластины.

7. Обоснована целесообразность применения коррекционной плоо-копараялелъной пластины в высокоапертурных системах зеркал ьно--лшзовых объективов. Приведен вывод формул определения основного параметра плоскопараллельной пластины - ее толщины вдоль оптической оси в отсутствие сферической аберрации системы.

На основе принципиальных схем компенсационного типа "зеркало с плоскопараллельной пластиной" разработана программа автоматизированного расчета исследуемых оптических систем.

8. На основе предложенной методики разработаны оптические схемы светосильных зеркально-линзовых объективов- упрощенной конструкции с улучшенным качеством оптического изображения.

9. Разработана блок-схема синтеза зеркально-линзовых зрительных труб прямого изображения,, показаны особенности композиционного построения указанных систем по "обобщенной" и "частной" вариациям теории синтеза.

10. Практическое применение предложенной методики расчета реализовало принципиальные схемы построения многокомпонентных зеркально-линзовых объективов с плоскостью промежуточного изображения в оригинальные конструкции объективов серии "Георуссар" и зрительных труб, построенных по пропорциональной схеме. ,

11. Проведен анализ качественных показателей исследуемых систем по известным критериям.

12. Сопоставительный анализ разработанных зеркально-линзовых объективов с промежуточной плоскостью изображения и известных раг-нее конструкций наглядно продемонстрировал преимущества новых систем по технико-эксплуатационным показателям.

-124

Закшчение

1. Аникст Д.А. и др. Зрительная труба астрономического теодолита. Авт. свцц. СССР 304540. Бюллетень изобретений, 1971, № 17.2 • Аникст Д.А. ж др. Оптические систем® геодезических приборов. М., "Недра", 1981.

2. Апенко М.И. Дубовик А.С. Прикладная оптика. М., "Наука", 1971.

3. Афанасьев В.А. Оптические прибор! ж методы контроля прямолинейности в инженерюй геодезии. М., "Недра",. 1973.

4. Ветзхотуров О .П. д др. Объектив с промежуточным .изображением. Авт. свцц. СССР }h 974319. Бюллетень изобретений, 1983, & 42.

5. Ветзхотуров О .П. Кандидатская диссертация. Исследование возможности создания линзовых геодезических труб с прямым изображением. Л., 1982.

6. Волосов Д.С. Фотографическая оптика. М., "Искусство", 1971.

7. Гальпеш Д.Д. и др. Геодезия и картография. 1968, й 3.

8. Гаврилов Д.В. ОМП, 1958, № 4, 9; 1962, Ш 3, 12; 1963, J®2; 1964, № 5; 1965, Jfc 3.

9. Гавшлов Д.В. Оптика и спектроскопия. 1966, т. XX, вып.5, JS5. II* Гредаяь Э. Иенское обозрение. 1974, II.

10. Гусев Н.А. Маркшейдерско-геодезические приборы и инструмен-товедение. М., Углетехиздат, 1958.

11. Гтэейм И.А.- Оптические отсчетные системы в приборостроении и машиностроении. М-Л., Машгиз, 1963.

12. Деймлззх Ф. Геодезическое шструментоведение. М.,, "Недра", 1970

13. Деймлих Ф. Иенское обозрение. 1977, й 3.

14. Елисеев С.В. Геодезические инструменты: и приборы. М., "Недра", 1973.

15. Зверев В.А. Хлусова Н.И. ОМП, 1972, № 7.

16. Каталог фирмы "VEb Cast 2ecss. IENA Геодезические инструменты и приборы. 1973.

17. Каталог фирмы " VEB СагЕ 2eiSS.lENA Обзор новой продукции, представленной на ярмарке 1975г.

18. Комарова И.Э. Обзор современного состояния и некоторые тенденции дальнейшего развития зрительных труб теодолитов. Депонир.рукопись, ЦНШГАиК, 1981.

19. Комарова И.Э. ОМП, 1983, т.

20. Комарова И.Э. Веткотуров О.П. Объектив зрительной трубы с внутренней фокусировкой. Депонир.рукопись, ВИНИТИ, 1981.

21. Комарова И.Э. Вешоттоов О.П. Исследование аберраций третьего порядка двухлинзового несклеенного компонента. Депонир.рукопись, ДОИИГАЖ, 1981.

22. Комарова И.Э. Вепхотуров О.П. Прогрессивные методы изготовления и контроля современных оптических приборов. Межвузовский сборник, Новосибирск, 1981.

23. Комарова И.Э. Ветжотутюв О.П. Оптические и оптико-элекгрон-ные приборы. Межвузовский сборник, Новосибирск, 1982.

24. Коматюва И.Э. Мешешков Г.В. Мальцев И.Д. Геодезия и картография,, 1983, 8.

25. Коматюва И.Э. Русинов М.М. и др. Объектив зрительной трубы с внутренней фокусировкой. Авт.свид. СССР № 830276, Бюллетень изобретений, 1981, Л 18.

26. Коматюва И.Э. Русинов М.М. и др. Панкратический окуляр. Авт. сввд. СССР J£ 8III93, Бюллетень изобретений, 1981, $ 9.

27. Коматюва И.Э. Русинов М.М. и др. Зеркально-линзовый объектив. зрительной трубы. Авт. сввд. СССР № 862102, Бюллетень изобретений, 1981, $ 38.

28. Комарова .И.Э. Русинов М.М. и др. Зеркально-линзовый объектив зрительной трубы. Авт. свид. ,СССР й 896588, Бюллетень . изобретений, 1982, 16 I.

29. Комарова Русинов М.М. м др. Зеркально-линзовый объектив !зрит,ельной трубы. Авт. свид. CQCP № 9I7I60, Бюллетень изобретений, 1982, № 12.

30. Комарова И.Э;, Русинов М.М. и др. Зрительная труба. Авт. свид. СССР № 9*74322., Воллетень изобретений, 1982, Ш 42 .

31. Комарова И.Э., Русинов М.М. и др. Окуляр. Авт.свид. СССР № 1007270, Бюллетень изобретений, IS83, II.

32. Комарова И.Э. i Русинов М.М. и др. Зеркально-линзошй объектив. Положительное решение Госкомизобретений от 25.u8.83 позаявке 3540396-Ю.* * .

33. Комарова И.Э. Русинов М.М. и др. Зеркально-линзовый объек-м , тив. Положительное решение Госкомизобретений от 14.02.84 по заявке В 3638213-Ю.,

34. Комарова И.Э. Руоинов М.М. Зеркально-линзовый объектив зри- , тельной трубы. Положительное .решение Госкомизобретений от , 27.10.83 по заявке £ 3577779-10.

35. Краткий каталог фирш "VEb {jozl Zeiss.IENA" к «весенней ярмарке 1977г.

36. Литвинов В.А. Геодезическое инструментоведение. М., "Недра", 1971. >39. fec^oBjyi. Астрономическая .оптика. М-Л., Гостехтеориздат, 1946.40. .Миронович М^И. Краткий каталог-справочник ло маршейдерско- . , -геодезическим приборам. М., "Недра",,. 1972.

37. Михеечев В.(?. Практикум по курсу "Геодезические приборы". М., "Недра", 1974.-19742. Михельсон Н.Н. Оптические телескопы. Теория и конструкция. М., "Наука", 1976.

38. Оптика в военном деле, под ред. Вавилова С.И. М-Л.,. изд-во АН СССР, 1945-48.

39. Петрова Г.В. Труды ЦНИИГАиК, 1976, вып. 216.

40. Петрова Г.В. и др. Зеркально-линзовый объектив зрительной трубы. Авт. свид. СССР В 498589, Бюллетень изобретений, 1976, I.

41. По гарев Г.В. Юстировка оптических приборов. Л., "Машиностроение", 1968.

42. Погарев Г.В. Труды ЛИТМО. Л., "Машгиз", 1949, вып.4.

43. Редер Р. Иенское обозрение. 1974, $ I.

44. Родионов С.А. Автоматизация проектирования оптических систем. Л., "Машиностроение", 1982.

45. Русинов М.М. Техническая оптика. Л., "Машиностроение", 1979.

46. Русинов М.М. Юстировка оптических приборов. М., "Недра", 1969.52» Слюсарев Г.Г. Метода расчета оптических систем. Л., "Машиностроение", 1969.

47. Слюсарев Г.Г. Расчет оптических систем. Л., "Машиностроение", 1975.

48. Файст В. Иенское обозрение. 1979, № 3.

49. ФеФшгов Б.В. Докторская диссертация. Теория зрительной трубы с нитяными дальномерами. Трубы с внутренней фокусировкой с дальномерными сетками, 1943.

50. Чеботарев А.С. Труды ЦНИИГАиК. 1949, вып.43.

51. Чуриловский В.Н. Теория оптических приборов. М-Л., "Машиностроение", 1966.

52. Штахель Г-Й Иенское обозрение. 1974, спец.ярмарочный выпуск.

53. RegeEe Qskae. Beikacje zuv Qescbichfe dee staalfcdien Landesau|nahme und Kasiooeapfiie in Oste'eseich bis zurn Jahee 1918. Wien, «5565. Rickke^R. foneotae und -thse Meisfet. Beetin, Veeto^1. Tecbnik, «57.