应用光学课程的设计双筒棱镜望远镜的设计.docxVIP

 PAGE 23 应用光学课程设计 一、设计题目 双筒棱镜望远镜设计（望远镜的物镜和目镜的选型和设计） 二、本课程设计的目的和要求 1、综合运用课程的基本理论知识，进一步培养理论联系实际的能力和独立工作的能力。 2、初步掌握简单的、典型的、与新型系统设计的基本技能，熟练掌握光线光路计算技能，了解并熟悉光学设计中所有例行工作，如数据结果处理、像差曲线绘制、光学零件技术要求等。 3、巩固和消化课程中所学的知识，初步了解新型光学系统的特点，为学习专业课与进行毕业设计打下好的基础。 三、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Γ＝6倍； 2、物镜的相对孔径D/f′＝1：4（D为入瞳直径，D＝30mm）； 3、望远镜的视场角2ω＝8°； 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2～5mm。 6、lz′=8～10mm 四、设计报告撰写内容 本课程设计要求以设计报告形式完成以下工作： 1、认真学习相关像差理论和光学设计知识，做好笔记，完成例题作业并上交； 2、根据所讲内容进行本设计具体参数以及结构形式的选择，说明选择理论依据； 3、进行本设计的外形尺寸计算，要求写明计算过程； 4、使用PW法进行初始结构参数r、d、n的求解，要求写明计算过程； 5、计算本设计的像差容限，使用Tcos软件完成设计的模拟和计算，手工修改结构参数进行像差的校正； 6、绘制相应的像差曲线图和计算数据报表； 7、写出本次课程设计的心得体会。 第5章 望远系统设计范例 设计题目和技术要求 题目：双筒棱镜望远镜设计（望远镜的物镜和目镜的选型和设计） 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Γ＝6倍； 2、物镜的相对孔径D/f′＝1：4（D为入瞳直径，D＝30mm）； 3、望远镜的视场角2ω＝8°； 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2～5mm。 6、lz′=8～10mm 如何开始呢？ 我们的工作将按照以下步骤进行： 1、系统??形尺寸的计算：根据需求确定像差，选型； 2、使用PW法进行初始结构的计算：确定系统的r、d、n； 3、像差的校正：通过修改r、d、n，调整像差至容限之内； 4、进行像质评价，总结数据图表，完成设计。 下面我们将根据以上步骤来示范本次设计 第一部分：外形尺寸计算 一、各类尺寸计算 1、计算和 由技术要求有：，又，所以。 又放大率Γ＝6倍，所以。 2、计算 3、计算 4、计算（目镜视场） 5、计算棱镜通光口径 （将棱镜展开为平行平板，理论略） 该望远系统采用普罗I型棱镜转像，普罗I型棱镜如下图： 将普罗I型棱镜展开，等效为两块平板，如下图： 问题：如何考虑渐晕？ 我们还是采取50%渐晕，但是拦掉哪一部分光呢？ 拦掉下半部分光对成像质量没有改善（对称结构，只能使光能减少），所以我们选择上下边缘各拦掉25%的光，保留中间的50%。即保留中间像质好的，去掉边缘像质不好的。 下半的25%由目镜拦掉，上半的25%由棱镜拦掉，只留下中间的50%。 如图： 移出梯形后计算：，此处后截距取大于14mm即可，我取14mm。 又，，所以有，。 所以展开厚度，因为装配需要，取，空气平板的长度。即 物镜距棱镜第一面为59.8mm。 验算：取59.8mm会不会挡轴上点的光？ 如图求得极限距离为53.7mm，若小于此距离时候棱镜档光，取59.8是可以的。 意义：说明之前取后截距，但是不能取得太大，否则棱镜离物镜太近了会挡光！ 6、求目镜口径 无渐晕时候，，现在有25%的渐晕，所以。（因为） 7、总体结构 总尺寸 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：，， 目镜：，， 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： 望远镜：孔径大，视场小，所以轴外像差小，只需要校正轴上点像差。 两种轴上点像差：球差、位置色差。与孔径相关。 其余轴外像差：与视场相关，但慧差与孔径和视场都相关，所以也要考虑慧差。 所以： 对于物镜：校正球差、位置色差、慧差（可用正弦差代替） 对目镜：大视场，小孔径。要校正：像散、场曲、畸变、慧差、倍率色差。 选择：物镜—双胶合；目镜—凯涅耳目镜。 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使用场合。常见的孔径如表所示。考虑到胶合面