《应用光学课程设计报告书》由会员分享,可在线阅读,更多相关《应用光学课程设计报告书(60页珍藏版)》请在金锄头文库上搜索。
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