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1、-光学课程设计报告：糜健班级：光信0802学号：U200813208目录1.设计任务及要求11.1设计任务11.2设计技术要求12.设计步骤12.1总体设计流程图12.2光学系统外形尺寸的计算12.2.1 望远镜根本构造参数确实定1普罗型转向棱镜外形尺寸的计算1物镜的选型及初始构造参数的计算1目镜的选型及其初始构造参数的计算12.3像差调节1物镜的调节：1目镜的调节：1像质评价14.附录：零件图与系统图14.1双胶合物镜正透镜零件图14.2光学系统图11.设计任务及要求1.1设计任务双筒棱镜望远镜设计望远镜的物镜和目镜的选型和设计1.2设计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
2、要求为：1、望远镜的放大率6倍；2、物镜的相对孔径D/f1：4D为入瞳直径，D30mm；3、望远镜的视场角28；4、仪器总长度在110mm左右，视场边缘允许50%的渐晕；5、棱镜最后一面到分划板的距离14mm，棱镜采用K9玻璃，两棱镜间隔为25mm；6、lz 810mm。2.设计步骤2.1总体设计流程图2.2光学系统外形尺寸的计算2.2.1 望远镜根本构造参数确实定焦距：由D/f1=1：4，f1=4D=120mm。又因为=f1/f2，f2=f1/=20mm。出瞳大小：D=D/=5mm。分划板口径：D分=2f1tan=16.7824mm。出瞳的视场角：因为=tan/tan，=4，2=45.522
3、。普罗型转向棱镜外形尺寸的计算普罗型转向棱镜根本构造如下：普罗型转向棱镜是由两块等腰直角棱镜所构成的，具有转向的功能，可以解决开普勒望远镜成倒像的问题，使其成正立的实像，在本双筒望远镜系统中，棱镜位于目镜与分划板之间，对一块等腰直角棱镜进展棱镜的展开如下：如图，D为棱镜的通光口径，L为棱镜的展开长度，由几何关系可知：L=2D。即可以将一块等腰直角棱镜展开为厚度为L的玻璃平板，玻璃平板又可以等效为厚度=L/n的空气平板，其中n为玻璃平板的折射率。因此系统可以等效为由物镜、目镜、分划板、两空气平板所组成得系统。将两空气平板放置在物镜与分划板之间，构造图如下：由于系统可以50%渐晕，对于以最大视场角
4、入射的平行光，如以下图所示，分划板可以拦掉下半局部全部光线，使上半局部的光线全部通过。但是此法使最中间的光线不能全部通过而产生50%的渐晕，将使最终的成像质量比拟差。为了解决上述方法带来的主光线成像质量的问题，采用以下图所示的方法，使上下各25%的光产生渐晕，从而保证中间视场成像清晰。其中，下半局部25%的渐晕由目镜完成，上半局部25%的渐晕那么借助于空气平板来拦光。当上光线的一半刚好被空气平板拦住时，几何关系如以下图所示：三角形ADE中，由平行关系可以得到：=因为a=14，取a=14.1，可以解之得：h=8.2864mm，因此通光口径D=2h=16.5670mm，为了给棱镜的装夹预留空间，通
5、常使D稍大于2h，取D=16.6mm，那么L=2D=33.134mm，空气平板厚度=L/n =21.8954mm棱镜材料采用最常见的K9玻璃，n=1.5163而平板间距b规定为25mm，取b=2.5mm，所以第一块玻璃前外表到棱镜的距离为： C=120-a-b-2x=120-14.1-2.5-2x21.8954=59.6092mm。系统整体框架图如下：由图中的几何关系可知：物镜、目镜的间距为：l=c-b+a+20=91.2092mm，因此目镜的口径为：D目=(f1+f2)tanw+D/4x2=22.0795.物镜的选型及初始构造参数的计算外形尺寸：D=30mm，f1=120mm，4，sinUm
6、tanUm=15物镜类型的选择像质上，由于望远物镜视场比拟小，所以只需要校正球差、色差和正弦差等轴上点像差即可。我们选择折射式望远物镜，主要有以下三种。I.双别离物镜，优点是对玻璃的选择有较大的自由度，但是装配和校正都较麻烦，有较大的色球差，不宜在本设计中使用。II.三片型物镜，由一个胶合透镜组和一个单片透镜组成，有利于高级球差和色球差的校正，但是装配与校正工艺较复杂，本钱高，不宜采用。III.双胶合物镜。特点是构造简单，制造与装配方便，但只适合小孔径的场合最大100mm，视场角不超过10，本物镜口径30mm，最大视场角8，满足要求，应选择双胶合物镜。PW法计算物镜的初始构造双胶合物镜求h，h
7、z，J h=15，hz=0，J=nuy=nuy=1x0.125x8.3912=1.0489计算平行平板的像差物镜的像差要使物镜+平板系统的像差最小，即可以让二者的像差之和为零，互相抵消，即：求P、W及归一化，因为使P、W归一化得：选物镜组合及其构造计算选择火石玻璃在前的双胶合物镜，可知根据P0、CI的值从光学仪器手册中查找火石在前的玻璃组合，选取玻璃对F4+K3，同时可查得此对玻璃组合的参数为：=-1.112774，Q0=5.087553，P0=0.217434，W0=-0.224789所以Q0因此Q=5.087553-0.06914=5.0184根据Q值求r1，r2，r3归一化复原可得物镜的
8、初始构造：透镜厚度的计算将双胶合物镜翻转180度，如以下图所示：正透镜在前，负透镜在后。图中从左往右各面的半径依次为：r1，r2，r3，由上面计算的结果可知：r1=427.35，r2=-30.72，r3=-56.844，由几何关系：同理可得：透镜最小边缘厚度为于是正透镜厚度为：4对负透镜，4所以：厚度d1=2.624 d2=5.924目镜的选型及其初始构造参数的计算目镜类型的选择目镜是小孔径、大视场、短焦距、光阑远离透镜组的光学系统，像差较为复杂。重点考虑影响清晰度的彗差、像散、场曲、倍率色差和畸变。目镜一般的种类有： I.惠更斯目镜：由场镜、视场光阑及接目镜组成，但是由于分划板的存在，使目镜
9、构造复杂化了，不宜在本设计中使用。 II.冉斯登目镜：由场镜与接目镜组成，但是其能适应的视场为2=3040，而本设计中2=45.5，不宜采用。III.对称式目镜：由两个双胶合透镜组成，但是2=4042，而且构造较复杂，不宜采用。考虑到视场与复杂度，选择凯涅尔目镜，它是由一个接眼镜与场镜组成，接眼镜为一个双胶合透镜。参数如下：f2=20mm，2=45.522，D目=5mm，lz:810mm。对于接眼镜，按照一般经历，取f眼=1.2f2=24mm。 PW法计算接眼镜与场镜的初始构造由于目镜的入瞳距较大，出瞳距较小，故采用反追的方法，即出瞳看做入瞳，所有的量都变号，如此可以大大简化分析与计算的复杂度
10、。根据像差要求求P、W.选择火石在前的双胶合透镜，要使彗差、场曲为零，那么使即又因为解得：因为代表归一化后的入瞳距，代人上式得查表并求出接眼镜的初始构造根据、的值从光学仪器手册中查找火石在前的玻璃组合，选取玻璃对ZF6+ZK10,同时可查得此对玻璃组合的参数为：，由以上参数可以算得：归一化复原可得接眼镜的初始构造：求出场镜的初始构造对场镜：取d=17mm，考虑到透镜的厚度，取，因为由，场镜用K9玻璃，那么考虑到透镜的厚度对像差的影响比拟小，而且一般取整数或者一位小数，取 d1=1.5mm d2=4.5mm2.3像差调节以上过程计算的光学系统初始构造的过程都只考虑了初级像差，没有考虑高级像差，因
11、此与实际相比均存在较大的误差，需要对像差进展进一步的调节。采用TCOS光学设计软件，调节目镜、物镜的像差，使其满足像差容限的要求。物镜的调节：物镜局部包括双胶合物镜与两块等腰直角棱镜，需要矫正的像差主要包括球差、轴向色差、正弦差等等。像差容限计算如下：球差：L0.707h=0.226Lm=0.0377倍率色差：=0.0377正弦差：=(0.000250.0025)对于轴向色差，矫正最好时应该满足：0孔径与全孔径的轴向色差互为相反数，根据轴向色差的性质，即让0.707孔径的轴向色差尽量接近于零。系统包括七面，双胶合物镜三面，棱镜四面。调节物镜各个面的半径，使其满足像差容限的要求，然后套用1000
12、系列的标准半径，最终的结果如下所示：未列出高级像差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 56.8900 3.000 12 30.8300 6.000 F43 -429.5000 52.000 K34 0.0000 33.200 15 0.0000 2.500 K96 0.0000 33.200 17 0.0000 15.628 K9定义了以下玻璃:F4 1.6199 1.632096 1.615036K3 1.504558 1.510019 1.502222K9 1.51
13、63 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)119.79040 15.62804 -119.79469 15.62804入瞳距离(lz) 出瞳距离(lz) 近轴像高(y) 放大率()0.00000 -104.15798 8.37656 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 29.99890 -0.31467 0.125222.像差*零视场像差* 1H 0.85H 0.707H 0.5H 0.3H 0H球差銵 0.0241 -0.0487 -0.0668 -0.0503 -0.0217 0.0000弥散园銵R
