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1、应用光学课程设计一. 题目：8倍观察镜的设计二. 设计要求全视场：2w=7；出瞳直径： d=5mm； 镜目距： p=20mm； 鉴别率：a=6;渐晕系数： k=0.55； 棱镜的出射面与分划板之间的距离： a=10mm 棱镜：别汉屋脊棱镜，材料为 K10； 目镜： 2-28。三. 设计过程（一）目镜的计算1.目镜的视场角tan 亠 2 = 52.1451。1 =tantan8 tan 3.5 一2由于目镜存在负畸变（3%5%）,所以目镜的实际视场角 为：2。= 20（1 + 5%） = 52.1451x1.05 = 54.7524。 实际3.目镜的选型：目镜 2-28 如下图所示1nTJ2相应
2、的系统参数为：广二20.216mm ； 2E二57。； S二4.49mm ；d = 5 mm其结构参数如下表所示:rdnDV效OO目镜倒置后的结构参数如下表所示:rdnDV效oo5.手动追迹光线，求出倒置后的S/,用i表进行目镜近轴光的追迹，如下表所示: 通过光线追迹得到s=6.计算出瞳距p望远系统的结构图如图所示:由于孔径光阑是物镜框，则孔径光阑经目镜所成的像为x 二-fx二 p-Sfxx二 f f2 2丿出瞳，则；(P-) 一f2 n (P-)峠-P = SfH0 1p二 18.2760 + -0二 20.803mm8求得的出瞳距p二20.803mm与设计要求p二20mm较接近，因 此选择
3、的目镜满足要求。（二）物镜的计算r二厶 n f f二 8 X 20.216 二 161.728mm f o ee2s=7=8 x 5 = 40mmD _1_1f f D 4.0432oo本设计的相对孔径和视场角都不大，可以选择较简单的双胶合物镜结构形式。如图所示：（三）分划板的计算分划板放置在物镜的像方焦平面处，如图所示:od分及其公差分分划板直径厚度及其公差至到 10土10 182土18 303土30 504土50 805土根据分划板直径D、二，查下表得d =3 土分分“胞二竺二 3.5 6D 40 因此，满足要求。（四）棱镜的计算别汉屋脊棱镜，材料为K10,如图所示：L 二 5.155 D
4、L 二 K x D n K 二 5.155 棱3. D的求取，如图所示: 棱=0.00685286kD - D0.55 x 40 -19.7834tan a =1 分=2 - f2 x161.728o D = D + 2(a + d )tan a= 19.9204572 + 0.01370572d 棱 分-5.155Dd = L / n = KD / n =棱棱 1.5182n D 丄+ = 20.89275mm棱由于棱镜需要安装固定，因此棱镜的实际使用D应在棱求得值基础上适当增大，可取增量2mm,将值进行规整得：D = 23mm， 棱d = 70.9407mm， L = 107.702mm4
5、求b值o像差计算望远镜物镜属于小像差系统，因此只考虑球差、正弦差及位置色差。()棱镜初级像差(1) u 如图所示:mI -一一 T F斗tan umD 220= 0.123664f161.728on u二 7.04966 = 0.12304radm(2) u如图所示：zu = -o = -3.5 = -0.061087rad z(3) 棱镜的球差n2 -11 51822 -1LA = - Lu 2 =x 107.702 x 0.123042 = 0.304mm棱2n 3m2 x 1.51823(4) 棱镜的正弦差SC棱 2n 3-1 Lum X uz = LA X 仝=0.304 X- 0.0
6、61087 =-0.001877mm y棱 y19.78342(5) 棱镜的位置色差5nr L n-1 107.702 1.5182-1 八AL= fc x L = x =x= 0.41075mmfc 棱n 2 vn 258.951.51822D(6) 拉赫不变量=nu y = 1x0.12304x 19.7834 = 1.217071 m2二）物镜初级像差1）物镜的球差LA = - LA = -0.304mm 物棱2）物镜的正弦差SC =-SC = 0.001877mm 物棱3）物镜的位置色差AL= -AL=-0.41075mmFC物FC棱三）双胶合物镜的结构参数1）像差系数球差系数Es =
7、-2nu2 xLA =-2xlx0.123042 x(-0.304)= 0.009204 Im物1正弦差系数:Es =-2JxSC =-2x 1.21707x0.001877 = -0.004569 II物1位置色差系数：Ec =-nu2 xAL=-1x0.123042 x(-0.41075)= 0.006218ImFC 物1(2)规化的P、W、c、P0由于望远系统对无穷远成像，因此有= p,= w-工 S 0.009204P =I = 0.009 0= 0.24334h43204 x 1/161.7283- 0.004569 工 S- 0 004569W =1 =.9= -0.24548h2
8、2 J202 x 1/161.7282 x 1.21707C =红！ = 一0.006218一 = 0.002514h2202 x 1/161.728P =帀-0.85(応 + 0.1)2 = 0.24334 - 0.85 x(- 0.24548 + 0.1=0.2253503）选取玻璃对组合光学仪器设计手册第108页有不同的玻璃对组合,选择与P值最接近的玻璃对组合作为双胶合的材料。玻璃对0的选择采用内插法如图所示：（至少选择8组）P - p P - P1 基二_2C - C C - C1 2 2C 二 0.002514 U (0.002,0.005)C = 0.002, P = -0.053
9、i1C = 0.005, P = 0.9382 2一.。53-938 = P0-938 nP = 0.116790.003 0.0024860K 9 + F 32 1C = 0.002, P = 0.012i1C = 0.005, P = 0.9620.012 0.96- 0.003P - 0 960n P = 0.1545360.0024860|C = 0.002, P = 0.032 K 9 + F 42 _A丄IC = 0.005, P = 0.983V 2 20.032 0.983 P 0.983=00.003 0.002486n P = 0.1949380= 0.002, P = 0
10、.098 K 9 + F 52 _A丄C = 0.005, P = 1.018V 2 20.098 1.018P 1.018=00.003 0.002486n P = 0.2556260IC = 0.002, P = 0.41 K 9 + ZF12 11lc = 0.005, P = 1.1842241-口84 = P0-川4 n P = 0.54261 -0.003- 0.002486。K 9 + ZF 22 iC =0.002,P =0.63711C =0.005,P =1.30622-0.0030.637 -1-306 _ 阳6p = 0.75162-0.0024860K 9 + ZF
11、32C =0.002,P =0.97711C =0.005,P =1.4922.977 一 皿=P0- n P = 1.06489 -0.003- 0.002486。K10 + F 22 iC =0.002,P =-1.62611C = 0.005, P =-0.01422一1-626 + .14= P0 + .。14 n P =-1.34981-0.003-0.0024860综上，第三组K9+F4求得的p值与要求最接近，因此选 0 择该玻璃对作为双胶合物镜的玻璃材料。4）玻璃对确定后，记录下该组合所对应的参数量值：、 A、 B、 C、 K、 Q、W1 0 0In =1.5163 ，In =
12、1.6199K92， F 42卜二 64.1卜二 36.3同样采用内插法，求出C所对应的、A、B、C、K、Q10W值0K9+F4C2AKQ0Wo40.0799535）形状系数广 Q0 YA 一4.54081 土一4.39913或-4.682492.4114Q = Q += -4.54081 + 一 .24548 + .079953 =-4.637850K1.7057q值选取与Q接近的值，即q =4.6824911Q =冲=-468249 一 463785 =-4.660172 26）求双胶合各面的曲率半径P = + Q = 2.09534 4.66017 = -2.5648321-n + Q = 1.5163 x 2.09534 - 4.66017 = 1.49355n -111.5163 -11n11.61991 + Q -=x 2.09534 - 4.66017 -= -0.797868n -11 n -1 1.6199 -11.6199 -1221P1 =P37）半径缩放 = f/p = 161.7281.49355 = 108.2843mm1 o1 r = f/p = 161.728, - 2.56483 = -63.056mm2 o2r = f/p = 161.728 - 0.44526 = -202.7002mm3 o38）手动光
