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1、课程名称应用光学课程设计指导教师院 （系）专业班级学生姓名学号 200911021033设计日期课程设计题目 （二）设计 个10倍的双目望远镜一设计题目要求：设计一个10倍的双目望远镜，其设计要求如下（1）视放大率r = io x（2）全视场2w = 6o（3）岀瞳直径D = 4mm（4）岀瞳距离l = 11mmz（5）鉴别率a = 6（6）渐晕系数k = 0.6（7）棱镜的出射面与分划板之间的距离a = 28.3（8）选取普罗I型棱镜，其棱镜材料为BKA7（9）选用目镜类型为2-28二拟定系统的原理方案 光学系统初步设计的第一步工作就是拟定系统的结构原理图。下面，结合仪器的光学 性能和技术来
2、简单讨论系统的结构。（1）双目望远镜由一个物镜，两个棱镜，一个分划镜和一组目镜组成。（2）光学系统为了便于观察，系统应成正像，所以必须加入倒像系统。 三光学系统的外形尺寸计算（一）目镜的计算 目镜是望远镜系统非常重要的一个组成部分，但是目镜本身不需要设计，当系统需要使用目镜时，只要根据技术要求进行相应类型的选取即可。1已知本次设计的观察镜的视放大倍率r及视场角2，求出2，即=tg /_/tg贝y2二 2arctg （rx tgrn）2. 因为目镜有负畸变（3% : 5%），所以实际应取：2o = 2arctg （x tg）+ 2arctg （x tg）x 5%由上式可以求得2& = 58.08
3、3. 然后求目镜的焦距本次选用目镜2-28，其各项值据光学仪器手册可以查得： f 二 20.216s;二 4.49Lf = 18.27 p / f、= 1.042 d = 5.04. 在本次设计中所需的目镜的结构形式为已知条件，即所选目镜为2-28根据 2w = 58.08D = 4mm =11mm由以上要求，选取目镜 2-28结构如图 1所示。图 1 目镜 2-28由光学仪器设计手册提供的有关结构数据参数表1-1 及主要的系统数据rdnDV效g5.31.552463.324.1-25.240.225.450.935.51.552463.327.5-50.930.227.525.53101.4
4、87470.026.1-25.531.81.728028.324.217.9896.01.487470.021.8-157.0421.6表 1-15. 手动追迹光线，求出倒置后的 S f由图 1 可知该目镜的岀瞳位于整个系统的左侧，而在目镜的实际运用中，岀瞳应位于系统的右侧。此种情况相当于将目镜倒置，故而给出的s = 4.49不能直接加以运用。所以 f要求出倒置后的sf目镜倒置后的S f值是指焦点F与目镜最后一面的距离，也即指当平行光入射目镜系统时追迹光路中的最后一个面的像距值。以平行光入射，根据单球面折射公式依次对目镜各面成像，直到最后一个面得到的像距就是所要求的Sf。单球面折射公式如下：1
5、）其中n和n 分别是物方和像方折射率，r为折射球面的曲率半径，l和l分别为物和像到折射球面顶点的距离。代入表1中的数据，填入下表中12345678l473.225-170.69-86.091551.038117.11241.289528.3708-r-157.0417.989-25.53-125.53-50.9350.93-25.24l-rH1=10491.214-196.22-60.561500.11168.0416.05*u0.02086-0.0584-0.13110.02050.09200.25980.3186/r157.04-17.98925.53-25.5350.93-50.9325
6、.24gi0.06367-0.56980.44938-0.3110.201-0.3040.16520.3186* n/n1/1.4871.4/1.71.7/1.41.487/11/1.5521.552/11/1.5521.552/1，i0.04281-0.49040.52207-0.4630.1296-0.4710.1060.44946*r157.04-17.98925.53-25.5350.93-50.9325.24g/u0.02086-0.0584-0.13110.02050.092060.25980.31860.1426l-r322.185-150.90-101.62576.7771.6
7、892.428.4308+r157.04-17.98925.53-25.5350.93-50.9325.24gl479.225-168.89-76.091551.24122.61241.48933.67luu100.02086-0.0584-0.13110.02050.09200.25980.31860.4946l479.225-168.89-76.091551.24122.61241.48933.6718.2754-d-6-1.8-10-0.2-5.5-0.2-5.3表1-2根据计算得： sf _18.2753二）选择物镜的结构及一些主要数据1根据目镜焦距f求取物镜的焦距：f21r_ f/
8、f n f _rx f f _ 10 X 20.216 _ 202.16mm1 2 1 2 即 12求物镜的视场2 :由已知可知2= 6。3. 求物镜的通光口径：r = D / D n D = D xT 即 D = 4 x 10 = 40mm4. 求物镜的相对口径：D/ f = 40 / 202.16 = 0.205. 确定物镜的结构形式 根据视场大小及相对孔径的大小选择物镜所需的结构形式。常见的望远物镜的结构形式有：双胶合、双分离、三片式等等，在本次系统设计中由于所设计的系统 的视场不大，相对孔径也不大，故可选用双胶合物镜。双胶合物镜的结构形式图2所 示：（三）计算分划板1. 计算分划板直径
9、：D =2tg x f =2 x tg 3 x 202.16=21.20 mm fen 12. 求鉴别率a :a =14O/D=3.5”v5.5” 符合题意3. 查表得分划板的厚度为D =2mm其公差为土 0.3 mmr4. 计算出瞳距： p 出瞳距，由于p = s + f；T= 38mm出瞳距离近似题目要求的值，因此所选的 目镜符合本次设计要求。（四）计算棱镜 由于观察镜系统所成的像为倒像，故要在整个系统中加入一转向系统，在本次设计中我们加入的是棱镜转向系统。棱镜转向系统采用2片普罗I型棱镜进行转向。该望远系统 采用普罗I型棱镜转像，普罗I型棱镜如下图：图3普罗I型棱镜1棱镜的选型：本课程设
10、计已给出（棱镜:普罗I型棱镜，材料：BAK7），将普罗I型棱镜展开，等效为两块平板，如下图：2.求取棱镜的展开长度L由光学仪器设计手册可查到普罗I型棱镜的结构参数K=4，材料BAK7的棱镜折射率 n=1.56889,则有：L 二 K x Dl上式中，D为普罗I型棱镜的通光口径，其大小与渐晕系数k及a值有关。l3. D 值可采用如下近似公式进行计算得出：lkD - Dtga = 1fen2f_ 1 D = D + 2（a + d）tga n D , Llfenld = L / n = KD / nl式中，n为棱镜折射率，选用BKA7玻璃；d为棱镜的等效空气层厚度；是一过渡参量；K为渐晕系数；为所
11、求棱镜的通光口径；D为分划板直径；D为入射光瞳的孔径。将 l1各个已知量代入上述公式中可以得到D =22.86mm 由增量系数为2，则实际 D =45.72 mm llnKDl=n4 x 22.861.56889=58.28mmL 二 KD =4 x 22.86=91.44mml4. 计算b值：b f 一 a 一 d1:.b=f -a-d=202.16-28.3-58.28=115.5mm1通过以上分析，综合以上分析，可初步确定所设计的10X观察镜系统结构如下图所示：上图的各项数据如下：D =40 mma=28.31D =22.86mmld =52.28 mmD =21.20 mm p =38mm fenb=115.58mmf =202.16mm1四设计心得 通过这次应用光学课程设计，加深了我对双目望远镜设计知识的了解，从双目望远镜 的外形尺寸的计算到目镜、物镜、转向棱镜（普罗I型棱镜）各项数据的处理，基本掌握 我双目望远镜的主要的设计过程。在这次双目望远镜的基本设计过程是：1给出设计要求及各项设计的参数如，r 2 等。2.拟定光学系统的原理方案。3.计算光学系统的外观尺寸如 目镜、物镜、分划板的 计算，其中最关键的是棱镜的参数计算。
