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1、. . .光学课程设计报告姓 名: 班 级:学 号:目录光学课程设计任务.3望远镜物镜外型尺寸计算.4物镜的选型及结构参数的确定.8物镜的象差计算及象差容限.13物镜 的象差校正方法14物镜象差校正结果和象差曲线.14目镜的外型尺寸计算.21目镜需校象差和象差容限.25目镜的象差校正方法.26目镜的象差校正结果和象差曲线.27望远系统最终结构参数34望远镜系统图37设计心得.39光学课程设计任务一、设计目的1、重点掌握设计光学系统的思路。初步掌握简单的、典型的系统设计的基本技能，熟练掌握光线光路计算技能，了解并熟悉光学设计中所有例行工作，如数据结果处理、像差曲线绘制、光学零件技术要求等。2、在
2、熟练掌握基本理论知识的基础上，通过上机实训，锻炼自己的动手能力。在摸索的过程中，进一步培养优化数据的能力和理论联系实际的能力。3、巩固和消化应用光学和本课程中所学的知识，牢固掌握典型光学系统的特点，并初步接触以后可能用到的光学系统，为学习专业课打下好的基础。二、设计题目双筒棱镜望远镜设计（望远镜的物镜和目镜的选型和设计）三、技术要求双筒棱镜望远镜设计，采用普罗I型棱镜转像，系统要求为：1、望远镜的放大率6倍；2、物镜的相对孔径D/f1：4（D为入瞳直径，D30mm）；3、望远镜的视场角28；4、视场边缘允许50%的渐晕；5、棱镜最后一面到分划板的距离不小于14mm，棱镜采用K9玻璃，两棱镜间隔
3、为25mm；6、筒长约为110mm左右；望远镜外型尺寸计算计算整体外形尺寸1、求， 2、求 3、求分划板直径 4、求目镜视场 5、棱镜的展开 棱镜等效为空气平板后厚度 在设计时，下半部分的光用目镜的通光口径来拦掉，上半部分的光用棱镜的最后一面来拦掉。等效光路如下图：上图中，s为棱镜最后一面到分划板的距离。若取平板厚度取（由于加工限制，实际取值时应比33.15稍大）则等效空气平板厚度 若两棱镜间的距离取则 下面验证其合理性：由右图中的比例关系可知：其中， 为极限值本题所求 ，故满足题意6、求目镜的通光口径下面验证其合理性：由下图中的关系几何可知： 由于目镜和物镜是有厚度的，厚度约为7-8 ,故，
4、在110mm 左右，符合题意。物镜的选型及结构参数的确定一、选型，视场为8，视场角不大，轴外像差不大，相对孔径亦不大，故选择双胶合物镜。二、初始结构参数的求解1、 求 2、计算平行平板像差 3、物镜像差思路：物镜像差和棱镜的初级像差补偿，等值反号。应用PW法： 根据求，并规划成 根据求P、W 将P、W规化成、 物本身位于无穷远，则 求 首先确定冕牌在前，还是火石在前 冕牌在前， 火石在前， 4、查表，选玻璃经过查阅光学设计手册，我选用了F2-K9玻璃对，初始数据为： 5、初始结构的计算： 由于根号内小于零，故 取平均值，得：故可得： 求解各曲率半径： 透镜厚度：（r正取+，负取-） 由以上数据
5、可得：经计算，得知透镜组合为先凹后凸，即火石玻璃F2为凹透镜，冕牌玻璃K9为凸透镜。物镜像差容限的计算一、 所需校正的像差：望远物镜的特点是：相对孔径小，视场角不大。因此望远物镜的结构通常较为简单，要校正的像差也比较少。一般主要校正球差、正弦差和轴向色差。二、像差容限：（1）球差容限： 1倍焦深； 6倍焦深1倍焦深的计算：（2）弧矢彗差的像差容限：理论上说，像差容限在0.0025mm0.00025mm之间。实际上，全孔径在0.0025 8.3912 0.021mm之内即可。（3）轴向色差的像差容限：应使零孔径和全孔径的轴向色差绝对值相等。在实际调校时，只需看0.707孔径的轴向色差校正到近乎为
6、0即可。但实际上高级像差是存在的。三、 物镜的调校要求物镜除了像差要求外还应满足的要求：（1）有效焦距在119.5mm120.5mm之间。（2）后截距应大于14mm。为满足这一要求，可适当调节c值，将其改小一点，其改变同a值b值的改变一样，对像差无影响。（3）厚度应该取整，最多可以保留一位小数。（4）曲率半径应该套用标准版，最好用250系列。四、 物镜调校心得总结：原则上，在校正的过程中，首先用TCOS软件的自动优化功能将像差大体上校正，然后手动改变个别参数进行进一步调校，直至将各像差调整到允许的像差容限范围内为止。但实际上，自动优化功能每个人不一定能熟练驾驭，故可以以手动调节为主。调校过程中
7、，很容易出现不能兼得的情况，这时不要盲目调校，要认真总结每个自变量对结果参数的影响。可先只改变一个半径的数值，并尝试不同的改变幅度，观察记录其对焦距和各像差的影响程度。然后再逐渐改变两个自变量，逐步调校。我发现，可以较大幅度地改变R3，但R1、R2改变幅度就要小些；第一个面对球差的影响较大，第二个面的曲率半径对位置色差影响较大。校正结束后，再通过查阅光学设计手册套标准版，最好用250系列。套用时，可以取每个半径最近的两组数据，得到六组数据，组合之后再重新输入，再进行像差校正，再套标准版，直至像差、物镜的焦距等各项符合要求为止，取像差最好的一组。我的色差没调好。其实，我应该首先校正色差的，因为初
8、级色差和透镜形状无关，校正了色差以后，再校正球差和彗差，对已经校正的色差影响很小。 物镜象差校正结果通过以上计算数据和校正方法，最终校正得到如下结果：-输入数据-1.初始参数物距 半视场角() 入瞳半径 0 4 15 系统面数 色光数 实际入瞳 上光渐晕 下光渐晕 7 3 0 1 -1理想面焦距 理想面距离0 0面序号 半径 厚度 玻璃STO 57.1500 1.300 1 2 30.4100 6.600 F2 3 -650.1000 54.700 K9 4 0.0000 33.500 1 5 0.0000 2.000 K9 6 0.0000 33.500 1 7 0.0000 14.056
9、K9 定义了下列玻璃: F2 1.6128 1.624657 1.608067 K9 1.5163 1.521955 1.513895-计算结果-1.高斯参数 有效焦距(f) 后截距(L) 前截距(L) 像距(l) 119.93402 14.05556 -119.74836 14.05556 入瞳距离(lz) 出瞳距离(lz) 近轴像高(y) 放大率() 0.00000 -106.06431 8.38660 0.00000 入瞳直径(D) 出瞳直径(D) 拉赫不变量(J) 像方孔径角(U) 30.00000 30.04649 -0.31467 0.125072.像差*零视场像差* 1H 0.8
10、5H 0.707H 0.5H 0.3H 0H球差 銵 0.0115 -0.0583 -0.0735 -0.0537 -0.0229 0.0000弥散园 銵R 0.0014 -0.0062 -0.0065 -0.0034 -0.0009 0.0000F光球差 銵F 0.1240 0.0101 -0.0375 -0.0513 -0.0407 -0.0286C光球差 銵C 0.0385 -0.0153 -0.0188 0.0132 0.0513 0.0783轴向色差 腖FC 0.0855 0.0255 -0.0186 -0.0645 -0.0920 -0.1069*D光各视场像差*相对视场 Lz1 Lz2 Yz Xt Xs Xts 1 0.0000 -105.9966 -8.3818 -0.8584 -0.4239 -0.4345 .85 0.0000 -106.0154 -7.1256 -0.6215 -0.3067 -0.3148 .7071 0.0000 -106.0305 -5.9285 -0.4309 -0.2125 -0.2184 .5 0.0000 -106.0474 -4.1927 -0.2159 -0.1064 -0.1095 .3 0.0000 -106.0583 -2.5159 -0.0778 -0.0383 -0.0395 鋂z 鋂zF
