应用光学课程设计---双筒棱镜望远镜

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1、应用光学课程设计报告 一设计任务与要求. 2 一设计任务：双筒棱镜望远镜. 2 二具体要求： 2 二具体设计过程 2 一外形尺寸的计算。 . 2 二、选型与初始结构参数的计算. 3 1.物镜与目镜的选型 3 2.用 PW法计算物镜参数 . 3 3.用 PW法计算目镜参数 . 6 4.目镜像差容限的计算. 8 三像差的校正 9 1.物镜像差的校正 9 2.目镜像差的校正 15 四光瞳衔接与像差评价 21 1.光瞳衔接 . 21 2.像差评价与总体评价. 22 三心得体会 22 零件图. 24 系统图： . 26 一设计任务与要求一设计任务与要求 一设计任务：双筒棱镜望远镜一设计任务：双筒棱镜望远

2、镜 二具体要求：二具体要求： 采用普罗型棱镜转象，结构要求为： 望远镜整体放大率 G=6； 望远镜相对孔径 D/f=1:4，其中 D 为望远镜入瞳直径，D=30mm； 望远镜视场角 2w=8； 渐晕 K=50%左右； 总长为 110mm 左右； 出瞳距 lz8-10mm; 最后一面到分划板的距离应=14mm。 此为普罗型棱镜 二具体设计过程二具体设计过程 一外形尺寸的计算。一外形尺寸的计算。 由要求知，相对孔径 D/f=1:4，其中 D 为望远镜入瞳直径，D=30mm， 则有 f1 =4D=120mm,其中f 1 为物镜焦距； 又有 G=f1 / f 2 ,且 G=6， 则有 f2 =20mm

3、，其中f 2 为目镜焦距； 由 G=D/D知，D=5mm； 分划板直径D1=2* f*tan4 =16.7824mm; 将普罗棱镜展开， 则可将其等效为两平板玻璃， 因为要保持 50%左右的渐晕， 所以为了成像质量而拦去上面的 25%与下面的 25%，然后计算等效平板厚度， 令等效平板厚度为D2，令 h=D2/2, 则由几何关系有， （h-7.5）/8.3912=(120-14)/120,其中 8.3912 为分划板直径的一 半， 所以 h=8.287mm, 所以D2=16.574mm， 则实际展开厚度 L=KD2=33.15（为方便计算与实际生产取为 33.5） ，其中 K 为普 罗棱镜的结

4、构参数， 而等效空气平板厚度 d=L n = 22.1,其中 n=1.5163,因为普罗棱镜采用 K9 玻璃； 因为全孔径全视场的光线要通过整个系统， 因此， 应全通过棱镜的第一个面， 则令 第一个冷静面到目镜距离为 c,则由几何关系知， 有 h/(D/2)=( f1 -c)/ f 1 ，所以 c=53.7mm， 则实际距离应该大于 53.7 又因为整体结构有 c=120-14-2-2d=59.853.7,故前面的计算是合理的，其中 14mm 为lz，2mm 为两 普罗棱镜的间距； 计算目镜视场角 2，由tan= G*tan=0.41356，2=45.5； 目镜通光孔径D3=2*(f1 +f

5、2 )tan4+ D/4，所以D 3=22.08。 二、选型与初始结构参数的计算二、选型与初始结构参数的计算 1.物镜与目镜的选型物镜与目镜的选型 由上述计算知， 物镜：f1 =4D=120mm，2w=8； 目镜：f2 =20mm，lz8-10mm，2=45.5，D=5mm。 由上网查阅资料与老师讲解知，物镜为大孔径小视场，应该选用双胶合物镜，而 目镜由于为小孔径大视场系统，应选用凯涅尔目镜。 2.用用 PW 法计算物镜参数法计算物镜参数 物镜的初始参数 物镜采用双胶合物镜，第一近轴光线入射高度 h=15mm,第二近轴光线入射 高度 hz=0mm， 所以有u=h f=0.125，y =8.39

6、12mm， 所以有拉赫不变量 J=uny=1.0489. 平板像差的计算 SIP=-dn 2 1 n3 u4，其中 u 为平板的物方孔径角，u=0.125，d=L 所以有SIP= 6.096 103 又有SP=SIP(uz u ) ，uz= 0.0698, 所以SP=-3.404 103； 有CIP=-dn1 n2 u2,其中 =64.1 所以有CIP=-3.667 103 又由物镜的像差要求有： SI=-SIP，S=-SP，CI=CIP 所以求得 P=SI h=4.021 10 4, 由S=hz*p+JW, hz=0 知S=JW 所以 W=-3.245 103 又由归一化知 _ 3 0.20808 P P h _ 2 0.2077 W W h _ 2 0.001956 I C C h 因为望远镜的物在无穷远，因此有 _ PP _