光学课程设计报告——华中科技大学

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1、光学课程设计2010.04光学课程设计报告姓名：糜健班级：光信0802学号：U20081320819光学课程设计2010.04目录1.设计任务及要求21.1设计任务21.2设计技术要求22.设计步骤22.1总体设计流程图22.2光学系统外形尺寸的计算32.2.1望远镜基本结构参数的确定32.2.2普罗Ⅰ型转向棱镜外形尺寸的计算32.2.3物镜的选型及初始结构参数的计算52.2.4目镜的选型及其初始结构参数的计算82.3像差调节102.3.1物镜的调节：102.3.2目镜的调节：122.3.3像质评价154.附录：零件图与系统图164.1双胶

2、合物镜正透镜零件图174.2光学系统图1819光学课程设计2010.041.设计任务及要求1.1设计任务双筒棱镜望远镜设计（望远镜的物镜和目镜的选型和设计）1.2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。2.设计步骤2.1总体设

3、计流程图19光学课程设计2010.042.2光学系统外形尺寸的计算2.2.1望远镜基本结构参数的确定焦距：由D/f1’=1：4，f1’=4D=120mm。又因为Γ=f1’/f2’，f2’=f1’/Γ=20mm。出瞳大小：D’=D/Γ=5mm。分划板口径：D分=2f1’tanω=16.7824mm。出瞳的视场角：因为Γ=tanω’/tanω，ω=4°，2ω’=45.522°。2.2.2普罗Ⅰ型转向棱镜外形尺寸的计算普罗Ⅰ型转向棱镜基本结构如下：19光学课程设计2010.04普罗Ⅰ型转向棱镜是由两块等腰直角棱镜所构成的，具有转向的功能，可以解决

4、开普勒望远镜成倒像的问题，使其成正立的实像，在本双筒望远镜系统中，棱镜位于目镜与分划板之间，对一块等腰直角棱镜进行棱镜的展开如下：如图，D为棱镜的通光口径，L为棱镜的展开长度，由几何关系可知：L=2D。即可以将一块等腰直角棱镜展开为厚度为L的玻璃平板，玻璃平板又可以等效为厚度=L/n的空气平板，其中n为玻璃平板的折射率。因此系统可以等效为由物镜、目镜、分划板、两空气平板所组成得系统。将两空气平板放置在物镜与分划板之间，结构图如下：19光学课程设计2010.04由于系统可以50%渐晕，对于以最大视场角入射的平行光，如下图所示，分划板可以拦掉下

5、半部分全部光线，使上半部分的光线全部通过。但是此法使最中间的光线不能全部通过而产生50%的渐晕，将使最终的成像质量比较差。为了解决上述方法带来的主光线成像质量的问题，采用下图所示的方法，使上下各25%的光产生渐晕，从而保证中间视场成像清晰。其中，下半部分25%的渐晕由目镜完成，上半部分25%的渐晕则借助于空气平板来拦光。当上光线的一半刚好被空气平板拦住时，几何关系如下图所示：19光学课程设计2010.04三角形ADE中，由平行关系可以得到：h-D4D分2-D4=120-a120因为a>=14，取a=14.1，可以解之得：h=8.2864mm

6、，因此通光口径D=2h=16.5670mm，为了给棱镜的装夹预留空间，通常使D稍大于2h，取D=16.6mm，则L=2D=33.134mm，空气平板厚度=L/n=21.8954mm（棱镜材料采用最常见的K9玻璃，n=1.5163）而平板间距b规定为2~5mm，取b=2.5mm，所以第一块玻璃前表面到棱镜的距离为：C=120-a-b-2x=120-14.1-2.5-2x21.8954=59.6092mm。系统整体框架图如下：由图中的几何关系可知：物镜、目镜的间距为：l=c-b+a+20=91.2092mm，因此目镜的口径为：D目=[(f1’+

7、f2’)tanw+D’/4]x2=22.0795.2.2.3物镜的选型及初始结构参数的计算外形尺寸：D=30mm，f1’=120mm，ω＝4°，sinU’m≈tanU’m==15÷120=0.12519光学课程设计2010.04⑴物镜类型的选择像质上，由于望远物镜视场比较小，所以只需要校正球差、色差和正弦差等轴上点像差即可。我们选择折射式望远物镜，主要有以下三种。I.双分离物镜，优点是对玻璃的选择有较大的自由度，但是装配和校正都较麻烦，有较大的色球差，不宜在本设计中使用。II.三片型物镜，由一个胶合透镜组和一个单片透镜组成，有利于高级球差和

8、色球差的校正，但是装配与校正工艺较复杂，成本高，不宜采用。III.双胶合物镜。特点是结构简单，制造与装配方便，但只适合小孔径的场合（最大100mm），视场角不超过10，本物镜口径