光学课程设计--双筒棱镜望远镜设计

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1、 1 光学课程设计报告光学课程设计报告 目录 设计任务与要求设计任务与要求 2 设计步骤设计步骤3 一、外形尺寸计算 . 3 二、光学系统选型 . 5 三、物镜的设计 6 1、用 PW 法计算双胶合物镜初始结构：. 6 （1）求h， z h，J. 6 （2）求平板像差 6 （3）求物镜像差 7 （）计算， 7 （）归一化处理 7 （）选玻璃 8 （）求形状系数 8 （）求归一化条件下透镜各面的曲率 8 （）求薄透镜各面的球面半径 8 （）求厚透镜各面的球面半径 8 2、物镜像差容限的计算 9 3、物镜像差校正 . 10 4、物镜像差曲线 . 12 四、目镜的设计 13 1、用 PW 法计算凯涅

2、尔目镜初始结构 . 13 （）接目镜的相关参数计算 13 （2）场镜的相关参数计算 14 2、目镜像差容限的计算 15 3、目镜像差校正 . 16 4、目镜像差曲线 . 19 五、光瞳衔接与像质评价 19 1、光瞳衔接 19 2、像质评价 20 3、总体设计评价 . 20 学习体会学习体会. 21 附附:零件图与系统图零件图与系统图 . 23 2 设计任务与要求设计任务与要求 设计题目：双筒棱镜望远镜设计设计题目：双筒棱镜望远镜设计 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、） ； 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 3 设计步骤设计步骤 一、外形尺寸计算一、外形尺寸计算 由入瞳直径30Dm m及相对孔径 1 : 4 D f ，可得： 物镜焦距 1 4120fDm m 由6 ，知： 出瞳直径 5 D Dm m 目镜焦距 1 2 120 20 6 f fm m 由物方视场2 ，可得： 目镜通光口径 312 ()222.08 4 D Dfftgm m 分划板直径 21 216.7824Df tgm m

4、分划板半径 2 8.3912 2 D 又由： 64tgtgtg ，可得： 像方视场 245.5 该望远系统采用普罗 I 型棱镜转像，普罗 I 型棱镜如下图： 普罗 I 型棱镜 4 将普罗 I 型棱镜展开，等效为两块平板，如下图： 由设计要求：视场边缘允许 50%的渐晕，可利用分划板拦去透镜下部 25%的光，利用平 板拦去透镜上部的 25%的光，这样仅有透镜中间的 50%的光能通过望远系统，使像质较好。 在上图中截取平板拦光部分的梯形进行研究，如下图，可得比例关系： 7.5120 8.39127.5120 ha 其中a为第二块平板的后表面到 分划板的距离，根据要求，可取 14am m。 解得：8

5、.287hm m 由此可得： 等效平板厚度216.574Dhm m 所以棱镜展开的实际厚度：33.148LK Dm m 考虑到棱镜的装配，取33.5Lm m 因此，等效空气平板厚度 33.5 22.1 1.5163 L dm m n 考虑到棱镜通光口径有限， 因此需考虑到全孔径全视场的光线要能通过棱镜的第一个面 （如 下图） ，则物镜到第一个棱镜前表面的最小距离必须满足： 8.3912 h 7.5 120 棱镜展开图 5 _ 1 1 / 2 fch Df 其中 _ c为物镜到第一个棱镜前表面的最小距离。 代入数据，得： _ 8.287120 15120 c 解得： _ 53.7cm m 因为实

6、际物镜到第一个棱镜前表面的距离 c 满足： 120259.8cabdm m 其中b为普罗 I 型棱镜系统的两棱镜的距离，根据要求，取2bm m 由 _ cc知，设计满足实际棱镜通光口径的限制。 二、光学系统选型二、光学系统选型 根据设计技术要求与外形尺寸计算结果： 物镜： /1 : 4Df，28， 120fmm 目镜： 20fmm 245.5，5Dm m， 8 10 z lm m 查阅相关光学手册，可知双胶合物镜与凯涅尔目镜满足设计任务要求。相关的结构特点，像 差特性和光学性能如下： 双胶合望远物镜(图 1)的特点是结构简单，制造和装配方便，光能损失较小。玻璃选择 得当，可以同时校正球差，正弦差和色差。当高级球差得到平衡时，胶合面的曲率较大，剩 余的带球差偏大。因而，双胶合物镜只适用于小孔径的