設計一個8倍的雙目望遠鏡,光學設計

齊魯工業(yè)大學課程設計專用紙成績課程名稱應用光學 指導教師 院(系) 理學院 專業(yè)班級 光信12-1學生姓名 學號 設計日期豆0 課程設計題目 設計一個8倍的雙目望遠鏡 設計題目要求：設計一個8倍的雙目望遠鏡，其設計要求如下：全視場：2少=6.5°；出瞳直徑：D'=5mm；出瞳距離：I；=20mm；分辨率：a=6"；漸暈系數(shù)：K=0.55；棱鏡的出射面與分劃板之間的距離：a=26.3；棱鏡：普羅I型棱鏡；材料：K10；目鏡：2-28一、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部分，但目鏡本身一般并不需要設計，當系統(tǒng)需要使用目鏡時，只要根據(jù)技術要求進行相應類型的選取即可。1、 首先根據(jù)已知的視覺放大倍數(shù)r及視場2?，求出2?'r=堆①nn2?'=2arctg(Txtgw)=48°86'tge2、 因為目鏡有負畸變(3%~5%)，所以實際應取：2?'=2arctg(Txtg?)+2arctg(Txtg?)x5%=51°30'3、 根據(jù)實際所需要的2?'數(shù)值。出瞳直徑值及出瞳距值等，來選擇合適的目鏡類型。在本次設計中所需的目鏡的結構形式應該作為已知條件給出，如：目鏡2-28。齊魯工業(yè)大學課程設計專用紙（附頁）目鏡2-28（結構圖見2-2）此外設計手冊中還提供有相關的結構數(shù)據(jù)參數(shù)表2-1及主要的系統(tǒng)數(shù)據(jù);表2-1表2-1rdnDv①效oo5.31.552463.324.1-25.240.225.450.935.51.552463.327.5-50.930.227.525.5310.01.487470.026.1-25.531.81.728028.324.217.9896.01.487470.021.8-157.0421.6廣二20.216,2?二57。,s二4.49,d二5.0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，而在目鏡的實際運用中，出瞳應位于系統(tǒng)右側。此種情況相當于將目鏡倒置，故而它所給出的s二4.49我們不能直接f'加以運用，這里s是指F'與目鏡最后一面之間的距離。f4、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2-28為例，原來的第一個折射面（r）變?yōu)榈诎藗€面（r），原來的第二個折射面（r=-25.24）變?yōu)?82第七個折射面（r=25.24）……，以此類推。值得注意的是：不但折射面的次序發(fā)生7變化，與此同時其半徑的符號也將發(fā)生相應的改變，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：5、進行手動追跡光線，求出倒置后的s:f

如何進行光線追跡？我們以一個具體的雙膠合物鏡為例進行一下說明（見表2-4）例如一雙膠合物鏡的初始結構參數(shù)如下所示（見表2-3）：表2-2rdnDv①效157.046.01.487470.0-17.9891.81.728028.325.5310.01.487470.0-25.530.2150.935.51.552463.3-50.930.2125.245.31.552463.3oo表2-3rdn62.54.01.51633-43.652.51.67270-124.35表2-4123lg179.547341.467-r62.5—43.65-124.35l-r*u+rh=101223.197465.817i0.160000-0.278585-0.106533*n/n'1/1.516331.51633/1.672701.67270i'*"0.105518-0.252542—0.178198*r+U'=(U+i—i')0.0544820.0284390.100104l-r121.047387.617221.359+r62.5-43.65-124.351'183.547343.96797.009lu+u'1009.782079.710971'183.547343.96797.009-d4.02.5注意：計算過程中至少保留六位有效數(shù)字。采用與以上相同的方法就可得到目鏡倒置后的s/直（指焦點F與目鏡最后一面的距離,也即指當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1'值）。6、計算出瞳距p':望遠系統(tǒng)的簡單結構圖如下所示：物橈 分劃板目鏡出瞠|n巧丄1一 戸 /—L**■■圖2-3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)后面的光學系統(tǒng)在像空間所成的像是出瞳，如上圖所示。則有：則根據(jù)牛頓公式xx'=ff'公式中的x則根據(jù)牛頓公式xx'=ff'有:-f(p'-sf)—廠K(p'-sf)卡Kp'=s根據(jù)所求得的出瞳距p'，與題目要求的出瞳距值進行比較。若二者比較接近，則認為所選擇的目鏡基本滿足要求，從而最后確定了目鏡的結構類型。二、選擇物鏡的結構形式以及一些主要數(shù)據(jù)1、根據(jù)目鏡焦距廣求取物鏡焦距f:21f'=f'xT=20.216x8=161.728122、 求物鏡的視場2o:從題意中得出。2婦6.5°3、 求物鏡的通光孔徑：T=DD'nnD=DxT求的D=40mm公式中的D丄d（是題中所給出的出瞳直徑值）4、 求取物鏡的相對孔徑Df:D/廣=40/161.728=0.247mm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結構形式。在本次系統(tǒng)設計中由于所設計的系統(tǒng)的視場不大，相對孔徑也不大，故可選用雙膠合物鏡。雙膠合物鏡的結構形式如下圖2-4所示：JJ三、計算分劃板1、 計算分劃板直徑：D=2tgoxf=18.37mm分 i2、 查表求取分劃板厚度d及其公差值。分所求的厚度及公差值為2土0.33、 求鑒別率a:a=140"；D求的a=3.5"四、計算棱鏡由于亥普勒望遠鏡系統(tǒng)成倒像，故尚需在整個系統(tǒng)中加入一轉像系統(tǒng)，在本次設計中，我們加入的是棱鏡轉像系統(tǒng)。棱鏡轉像系統(tǒng)應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。如果無特殊要求，棱鏡的位置應位于橫向尺寸最小的地方。1、棱鏡的選擇：本課程設計中棱鏡的類型及所用光材已作為已知條件給出。而各種常見的棱鏡結構示意圖位于《光學儀器設計手冊》上冊P91頁的圖表中，此外在圖標中還

標明了棱鏡各參數(shù)的數(shù)值大小。2、棱鏡的選型：本設計中棱鏡的類型采用的是普羅棱鏡(k=4),普羅I型棱鏡按如下放置:Object Porroorientation prismsObject Porroorientation prisms計算時將棱鏡展開，結果如下:Objective卜一2眉—AObjective卜一2眉—AAerial.image圖5普羅I型棱鏡展開圖其中A為棱鏡正方形端面的寬度，展開之后，每個棱鏡的軸向寬度為2A。將棱鏡轉化為等效空氣層，如下圖所示：圖6圖6普羅I型棱鏡展開相當空氣層圖kD一DtanU' = =0.0112URR 2f'

DttanU' +分5URR24DttanU' +分5URR24n/4-tanU'URRA=nt/224D(t+1+1)tanU' +分3 4 5 URR2n/4-tanU'URRA=nt/212式中URR指上邊緣光線。棱鏡距離像面越近，則棱鏡的口徑越小，棱鏡最后一面到像面距離為26.3mm，即是t=26.3mm，第一塊棱鏡和第二塊棱鏡間隔為5mm，即是t二10mm，53棱鏡材料選擇K10(n=1.688)。根據(jù)如上一些條件可以算出:t=23.08mmA=19.48mmt二23.98mmA=20.24mm4221五、8倍雙目望遠鏡光學系統(tǒng)結構通過以上分析，初步確定系統(tǒng)結構形式如下圖所示：圖7 8倍雙目望遠鏡光學系統(tǒng)結構簡圖六、設計總結此次光學設計我感受頗多，真正感受到自己知識的不足，以前聽課時記得很熟的東西，已經(jīng)記不起多少了，基本的問題還好解決