10倍的雙目望遠鏡-光學(xué)設(shè)計-

..>設(shè)計一個8倍的雙目望遠鏡設(shè)計題目要求：設(shè)計一個8倍的雙目望遠鏡，其設(shè)計要求如下：全視場：2ω=5o；出瞳直徑：D′=5mm；出瞳距離：lz′=20mm；分辨率：α=6"；(R=5")漸暈系數(shù)：K=0.64；棱鏡的出射面與分劃板之間的距離：a=10mm；棱鏡：屋脊棱鏡；L=2.646D材料：K10；目鏡：2-35一、目鏡的計算目鏡是顯微系統(tǒng)和望遠系統(tǒng)非常重要的一個組成局部，但目鏡本身一般并不需要設(shè)計，當(dāng)系統(tǒng)需要使用目鏡時，只要根據(jù)技術(shù)要求進展相應(yīng)類型的選取即可。1、首先根據(jù)的視覺放大倍數(shù)Γ及視場2，求出22、因為目鏡有負畸變〔3%~5%〕，所以實際應(yīng)取：3、根據(jù)實際所需要的2數(shù)值。出瞳直徑值及鏡目距值等，來選擇適宜的目鏡類型。在本次設(shè)計中所需的目鏡的構(gòu)造形式應(yīng)該作為條件給出，如：目鏡2-35。圖2-1目鏡2-35〔構(gòu)造圖見2-1〕此外設(shè)計手冊中還提供有相關(guān)的構(gòu)造數(shù)據(jù)參數(shù)表2-1及主要的系統(tǒng)數(shù)據(jù)；表2-1108.65061.516364.127.4-33.310.228.3108.65021.619936.329.421.81011.51.516364.129.7-41.720.230.224.91013.51.516364.129.3-24.9102.51.619936.326.733.31023.3等。從圖2-2中我們不難發(fā)現(xiàn)該目鏡的出瞳位于整個系統(tǒng)的左側(cè)，而在目鏡的實際運用中，出瞳應(yīng)位于系統(tǒng)右側(cè)。此種情況相當(dāng)于將目鏡倒置，故而它所給出的我們不能直接加以運用，這里是指與目鏡最后一面之間的距離。4、將手冊中給的目鏡倒置：由于將目鏡倒置，則目鏡的數(shù)據(jù)將發(fā)生一定的變化，以目鏡2-35為例，原來的第一個折射面〔〕變?yōu)榈诎藗€面〔〕，原來的第二個折射面〔〕變?yōu)榈谄邆€折射面〔〕……，以此類推。值得注意的是：不但折射面的次序發(fā)生變化，與此同時其半徑的符號也將發(fā)生相應(yīng)的改變，原來為正，則現(xiàn)在為負。倒置后的新的數(shù)據(jù)如下表2-2所示：-33.3102.51.619936.323.324.91013.51.516364.126.7-24.9100.229.341.7211.51.516364.130.2-21.81021.619936.329.7-108.6500.229.433.3161.516364.128.3-108.65027.45、進展追跡光線，求出倒置后的：追跡過程:用MATLAB編寫程序如下u=0;y=5;r=[-33.31024.910-24.91041.72-21.810-108.65033.310-108.650];d=[2.513.50.211.520.26]；n=[11.61991.516311.51631.619911.51631];len=length(r);forj=1:lenfprintf('%dsurface:\n',j);u=0;ifr(j)==0continue;elsei=y/r(j);i2=i*n(j)/n(j+1);u2=i+u-i2;l2=i2*r(j)/u2+r(j);endelseifr(j)==0i=-u;i2=i*n(j)/n(j+1);u2=-i2;l2=l*u/u2;elsei=u*(l-r(j))/r(j);i2=i*n(j)/n(j+1);u2=i+u-i2;l2=i2*r(j)/u2+r(j);endendfprintf('l=%f,u=%f,i=%f,i2=%f,u2=%f,l2=%f\n',l,u,i,i2,u2,l2);iflength(d)>=jl=l2-d(j);elsel=l2;fprintf('finished:Sf=%f',l);endu=u2;end追跡結(jié)果:1surface:2surface:l=-89.544473,u=-0.114884,i=0.527859,i2=0.563924,u2=-0.150949,l2=-68.1500783surface:l=-81.650078,u=-0.150949,i=-0.343833,i2=-0.521354,u2=0.026572,l2=463.8423764surface:l=463.642376,u=0.026572,i=0.268724,i2=0.177223,u2=0.118072,l2=104.3407465surface:l=92.840746,u=0.118072,i=-0.620680,i2=-0.580985,u2=0.078377,l2=139.8617236surface:l=137.861723,u=0.078377,i=-0.177826,i2=-0.288060,u2=0.188611,l2=57.2880227surface:l=57.088022,u=0.188611,i=0.134638,i2=0.088794,u2=0.234455,l2=45.9253018surface:l=39.925301,u=0.234455,i=-0.320609,i2=-0.486140,u2=0.399985,l2=23.402553finished:Lf=23.402553得到目鏡倒置后的值為QUOTE〔指焦點F與目鏡最后一面的距離，也即指當(dāng)平行光入射目鏡系統(tǒng)是追跡光路中的最后一個面的像距值〕。6、計算出瞳距：望遠系統(tǒng)的簡單構(gòu)造圖如下所示：圖2-2由于一般情況下望遠系統(tǒng)的孔徑光闌是物鏡的邊框，則根據(jù)出瞳的定義：孔徑光闌經(jīng)后面的光學(xué)系統(tǒng)在像空間所成的像是出瞳，如上圖所示。則有：公式中的分別是指計算出瞳位置時的物距和像距。則根據(jù)牛頓公式有：根據(jù)所求得的出瞳距=25.902553，與題目要求的出瞳距值進展比擬。發(fā)現(xiàn)二者比擬接近，則認為所選擇的目鏡根本滿足要求，從而最后確定了目鏡的構(gòu)造類型。二、選擇物鏡的構(gòu)造形式以及一些主要數(shù)據(jù)1、根據(jù)目鏡焦距求取物鏡焦距：==25.00*10=2502、求物鏡的視場2：從題意中得出。2ω=5o3、求物鏡的通光孔徑：求得D=50mm公式中的〔是題中所給出的出瞳直徑值〕4、求取物鏡的相對孔徑：D/=50/200=0.25mm5、根據(jù)題目所給出的視場大小及相對孔徑的大小選擇物鏡所需的構(gòu)造形式。在本次系統(tǒng)設(shè)計中由于所設(shè)計的系統(tǒng)的視場不大，相對孔徑也不大，故可選用雙膠合物鏡。雙膠合物鏡的構(gòu)造形式如下列圖2-3所示：圖2-36、物鏡設(shè)計選擇K9〔，〕和F5〔,〕作為材料求得：使正透鏡厚度d=6mm負透鏡厚度d=3mm.使r1=-r2得=66.19mm得mm.三、計算分劃板1、計算分劃板直徑：=17.46mm查表求取分劃板厚度及其公差值。所求的厚度及公差值為20.33、求鑒別率：求的="四、計算棱鏡由于開普勒望遠鏡系統(tǒng)成倒像，故尚需在整個系統(tǒng)中參加一轉(zhuǎn)像系統(tǒng)，在本次設(shè)計中，我們參加的是棱鏡轉(zhuǎn)像系統(tǒng)。棱鏡轉(zhuǎn)像系統(tǒng)應(yīng)置于物鏡的像平面附近，為了不使棱鏡上的疵病反映到物鏡中，還要使棱鏡離開像平面一定距離，即題中所給出的a值〔棱鏡出射面與分劃板的距離〕。如果無特殊要求，棱鏡的位置應(yīng)位于橫向尺寸最小的地方。1、棱鏡的選擇本課程設(shè)計中棱鏡的類型及所用光材已作為條件給出。而各種常見的棱鏡構(gòu)造示意圖位于"光學(xué)儀器設(shè)計手冊"上冊P83頁的圖表中，此外在圖標(biāo)中還標(biāo)明了棱鏡各參數(shù)的數(shù)值大小。本設(shè)計中棱鏡的類型采用的是屋脊棱鏡；L=2.646D圖2-42、棱鏡的展開：圖2-5屋脊棱鏡,展開長度:L=2.646，是棱鏡的等效空氣平板厚度,屋脊棱鏡K=0.64是漸暈系數(shù);a=10mm棱鏡的出射面與分劃板之間的距離棱鏡材料選擇K9,n=1.5163.由上述可求得：五、10倍雙目望遠鏡光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)造通過以上分析，初步確定系統(tǒng)構(gòu)造形式如下列圖所示：最終計算結(jié)果：目鏡：f’=25mm=QUOTE鏡目距:P’=25.902553mm物鏡：f’=250mm2ω=5oD=50mm分劃板：D=16.35mm棱鏡:D1=mmD2=mmL=mm物鏡到棱鏡第一面距離：t=204.960555mm通過以上分析，初步確定系統(tǒng)構(gòu)造形式如下列圖所示：5mm5mm40mm普羅Ⅰ型棱鏡20.2419.48mm出瞳L=53.13mm50mm物鏡t=204.96055mm屋脊棱鏡10mmP’=25.902553mm目鏡16.35mm分劃板出瞳L=53.13mm50mm物鏡t=204.96055mm屋脊棱鏡10mmP’=25.902553mm目鏡16.35mm分劃板圖710倍雙目望遠鏡光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)造簡圖六、設(shè)計總結(jié)此次光學(xué)設(shè)計我感受頗多，真正感受到