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1、内调焦准距式望远系统光学设计1、技术参数选择；放 大 率：G 24加 常 数：c = 0分 辨 率：j 4 最短视距：Ds2m视 场 角：2w 1.6 筒长：LT=170mm乘 常 数：k = 1002、外形尺寸计算；这里取G = -24，取不同的筒长L和缩短系数Q，根据上述公式(15)计算的结果列表2-1。表2-1G = -24L=150mmQf12f1d0f2f3lF(l2)l2a20.55272.73121.2098.16-41.4711.3651.8423.045.060.60250.00123.9798.36-50.8010.4251.6525.614.080.65230.77126
2、.8398.56-62.769.6251.4428.273.310.70214.28129.8098.77-78.718.9351.2231.032.720.75200.00132.8798.97-101.008.3351.0333.092.250.80187.50136.0599.17-134.407.8150.8336.881.90L=160Qf12f1d0f2f3lF(l2)l2a20.55290.91129.28104.71-44.2212.1255.2924.575.060.60266.67132.23104.92-54.1711.1155.0827.314.080.65246.15
3、135.29105.14-66.9410.2654.8630.153.310.70228.57138.45105.35-83.959.5254.6433.102.720.75213.33141.73105.57-107.748.8954.4336.162.250.80200.00145.12105.78-143.378.3354.2239.341.90L=170Qf12f1d0f2f3lF(l2)l2a20.55309.09137.36111.25-46.9912.8858.7526.115.060.60283.33140.50111.48-57.5711.8058.5629.024.080.
4、65261.54143.74111.71-71.1110.9058.2832.033.310.70242.86147.11111.94-89.2010.1258.0635.172.720.75226.67150.59112.17-114.479.4457.8338.422.250.80212.50154.20112.40-152.368.8557.6041.801.90L=180Qf12f1d0f2f3lF(l2)l2a20.55327.27145.44117.80-49.7513.6462.2027.645.060.60300.00148.76118.04-60.9412.5061.9530
5、.724.080.65276.92152.20118.26-75.3111.5461.7233.923.310.70257.14155.76118.52-94.4610.7161.4827.242.720.75240.00159.45118.76-121.2410.0061.2440.692.250.80225.00163.26119.01-161.269.37560.9844.251.90上述计算表明：1、为了使仪器结构紧凑，必须缩短仪器筒长。缩短筒长L，f1、f2、f3减小，导致各透镜组的相对孔径D/f将增大。透镜组相对孔径的增大，将使像差校正困难，或使结构复杂，成本增加。因此，仪器筒长L
6、不宜术小。2、当筒长L一定时，希望一定筒长所能获得的组合焦距f12越大越好，即缩短系数Q越小越好。Q越小，f1、f2就越小，从而D1/f1和D2/f2增大，且a2增大，主物镜的剩余像差经调焦镜后将被放大a2倍，于像差校正是不利的。另一方面，Q越大，f12和f3就越小，但目镜的焦距不能太小，否则，目镜的镜目距小，影响观察。综上所述，应该取适当的L和Q。作为例子，我们取：G = -24， L =170， Q = 0.65f12 = 261.54， d0 = 111.71f1 = 143.74， f2 = -71.11，f3 = 10.90由于计算误差和取舍误差，亦或计算错误，使得加常数c 0。因此
7、，必须检验加常数是否为0。检验公式为： (2-4)将所确定的参数代入，得：c = 0.00254由此可见，系统满足准距条件，其所引起的测量误差可以忽略不计。为了满足分辨率的要求，即 j 4，由得：另一方面，由可知，G一定时，出瞳D随D的增大而增大。D的增大，即物镜通光孔径增大，使仪器外形增大。当f1一定时，物镜的相对孔径D1/ f1也随之增大，物镜的高级像差增大，像差校正困难。通常，用于大地测量仪器的望远镜系统，为了提高测量精度，出瞳直径D = 1.31.5mm，一般取D = 1.5mm，则：D = -G D 24 1.5 =36mm因此，取入瞳直径，即物镜的通光孔径D1=36mm，对应的出瞳
8、直径D=1.5mm。d0f10y1F1D1D2-w图2-5调焦镜的通光孔径二、调焦镜的通光孔径如图2-5所示，调焦镜的通光孔径D2由轴外物点的上光线的入射高度确定。由图中三角关系，有：而：y1 = f1tgw则得调焦镜的通光孔径：D2 = D1- d0(D1/f1- 2tgw)=36-111.71(36/143.74-2tg0.8) = 11.14mm三、分划板直径及视距丝间隔由于场阑与分划板重合，所以分划板的通光孔径即为场阑直径，即：DP = D场 =2f12tgw = 2261.54tg0.8=7.30mm根据乘常数的定义：得视距丝间隔四、像方视场角、出瞳距和目镜孔径1、像方视场角-f3l
9、zy2F3D3Dw图2-6目镜的成像光路由，得：tgw = -G tgw = 24tg0.8 = 0.33512499所以像方视场角2w=37.05。2、出瞳距出瞳距的确定可由入瞳逐面用成像公式计算而得：因lz1 = 0，所以lz1 = 0，lz2 = lz1 -d0 = -111.71于是得出瞳距为：3、目镜的通光孔径由图2-6可得，目镜的通光孔径为：4、目镜的视度调节为了适应不同视力的人眼观察的需要，目镜应具备视度调节功能。目镜的视度调节范围一般取5个折光度，它是通过目镜相对于分划板前后移动一定和距离来实现的。因此，视度调节时，目镜的最大移动范围为：五、调焦镜的调焦移动量在调焦过程中，调焦
10、镜沿光轴前后移动，其移动量必须保证对无穷远至有限远最短视距范围内的物体能调焦清晰。一般情况下，调焦镜的初始位置对应无穷远物体，因此，只须计算出物体在有限远最短视距处调焦镜的位置，就可以确定出调焦镜的移动量。取l1 = -2000mm，由物像关系的高斯公式，计算得lz = 154.87。由公式(1-6)计算得：= 128.77mm于是得调焦镜的调焦量：Dd = d d0 = 128.77 111.71 = 17.06mm3、结构选型；在本设计中，主物镜的相对孔径约1:4，调焦镜的相对孔径1:5.6，因此，主物镜和调焦镜均可选用最简单的双胶合物镜。c)a)b)d)图2-9 折射式望远物镜的常用结构
11、型式4、初始结构参数求解；1、确定物镜焦距和工作距离l-uu-lhAAy-yBBL图 3-3 显微物镜成像的近轴参量先假设物镜为薄透镜，由几何光学共轭成像理论，有：解得： l = -48.75mm，f = 36.5625mm，l = 146.25mm。2、求解初始结构参数2.1确定基本像差参量根据像差校正的要求，令dL= 0、SC = 0及DLFC = 0，即SSI = SSII = SCI = 0。即：得：这只是物体在有限远时的像差参量，还必须将其规化到无穷远。已知：NA = n1sinU1 = 0.1，因n1 = 1，所以，取u1 = sinU1 = -0.1。又：h = l1u1 = -
12、48.75(-0.1) = 4.875mm，规化孔径角：于是，由公式（3-18）可求得规化后的基本像差参量如下：3、选择玻璃组合玻璃组合选择的依据是P0和，同时，还必须注意：当是较小的正值（01）时，应尽可能取冕牌玻璃在前；当是较大的负数（-3.5-2.5）时，则尽量取火石玻璃在前。这样可使双胶合透镜胶合面曲率半径较大，减小高级球差，有利于像差校正。这里，我们取火石玻璃在前。根据公式（3-35）计算P0如下：P0 = 2.79375-0.85(-1.9875+0.1)2 = 0.078根据P0和，查“光学设计手册”中“双胶合物镜P0表”选取玻璃组合。如果与表中所给数值不符，可用插值法求出不同玻
13、璃对的P0；如果所选玻璃对的P0与要求的值（本设计实例为0.078）相差不大（如0.1），就能基本满足要求。通常D/ f越小，P0允许误差越大，它对P的影响越小。这样可从表中查出若干对玻璃组合来，然后再从中挑选。挑选时考虑的主要因素有：1）玻璃的理化性能好；2）球面半径尽可能大：一般j1和Q0绝对值比较小的玻璃胶合面半径较大，这样，胶合面产生的高级像差会较小，有利于后续的像差校正；3）玻璃的成本、库存或供应情况：一般尽可能选择常用光学玻璃。具体到本例，我们至少可以挑选出如下四对玻璃组合：F3QK3：P0 = 0.026ZF1K9：P0 = 0.062F3BaK3：P0 = 0.06F2BaK3：P0 = 0.04本例选用ZF1（n2 =1.64750, n2 = 33.9）和
