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1、光學課程設計作者：俞寶清光學課程設計報告姓名：俞寶清學號：U班級：光信0803班學校：華中科技大學23光學課程設計作者：俞寶清目錄設計任務與要求3設計步驟4一、外形尺寸計算4二、光學系統(tǒng)選型6三、物鏡的設計71、用PW法計算雙膠合物鏡初始結(jié)構(gòu)：7（1）求，，7（2）求平板像差7（3）求物鏡像差7（４）計算Ｐ，Ｗ8（５）歸一化處理8（６）選玻璃8（７）求形狀系數(shù)Ｑ9（８）求歸一化條件下透鏡各面的曲率9（９）求薄透鏡各面的球面半徑9（１０）求厚透鏡各面的球面半徑92、物鏡像差容限的計算103、物鏡像差校正114、物鏡像差曲線13四、目鏡的設計141、用PW法計算
2、凱涅爾目鏡初始結(jié)構(gòu)14（１）接目鏡的相關參數(shù)計算14（2）場鏡的相關參數(shù)計算152、目鏡像差容限的計算163、目鏡像差校正174、目鏡像差曲線20五、光瞳銜接與像質(zhì)評價201、光瞳銜接202、像質(zhì)評價213、總體設計評價21學習體會22附:零件圖與系統(tǒng)圖2423光學課程設計作者：俞寶清設計任務與要求設計題目：雙筒棱鏡望遠鏡設計設計技術要求：雙筒棱鏡望遠鏡設計，采用普羅I型棱鏡轉(zhuǎn)像，系統(tǒng)要求為：1、望遠鏡的放大率Γ＝6倍；2、物鏡的相對孔徑D/f′＝1：4（D為入瞳直徑，D＝30mm）；3、望遠鏡的視場角2ω＝8°；4、儀器總長度在110mm左右，視場邊緣允許
3、50%的漸暈；5、棱鏡最后一面到分劃板的距離>＝14mm，棱鏡采用K9玻璃，兩棱鏡間隔為2～5mm。6、lz′>8～10mm23光學課程設計作者：俞寶清設計步驟一、外形尺寸計算由入瞳直徑及相對孔徑，可得：物鏡焦距由，知：出瞳直徑目鏡焦距由物方視場，可得：目鏡通光口徑分劃板直徑分劃板半徑又由：，可得：像方視場該望遠系統(tǒng)采用普羅I型棱鏡轉(zhuǎn)像，普羅I型棱鏡如下圖：普羅I型棱鏡將普羅I型棱鏡展開，等效為兩塊平板，如下圖：23光學課程設計作者：俞寶清棱鏡展開圖由設計要求：視場邊緣允許50%的漸暈，可利用分劃板攔去透鏡下部25%的光，利用平板攔去透鏡上部的25%的光，這
4、樣僅有透鏡中間的50%的光能通過望遠系統(tǒng)，使像質(zhì)較好。在上圖中截取平板攔光部分的梯形進行研究，如下圖，可得比例關系：8.3912h7.5120其中為第二塊平板的后表面到分劃板的距離，根據(jù)要求，可取。解得：由此可得：等效平板厚度所以棱鏡展開的實際厚度：考慮到棱鏡的裝配，取因此，等效空氣平板厚度考慮到棱鏡通光口徑有限，因此需考慮到全孔徑全視場的光線要能通過棱鏡的第一個面（如下圖），則物鏡到第一個棱鏡前表面的最小距離必須滿足：23光學課程設計作者：俞寶清其中為物鏡到第一個棱鏡前表面的最小距離。代入數(shù)據(jù)，得：解得：因為實際物鏡到第一個棱鏡前表面的距離c滿足：其中為普
5、羅I型棱鏡系統(tǒng)的兩棱鏡的距離，根據(jù)要求，取由知，設計滿足實際棱鏡通光口徑的限制。二、光學系統(tǒng)選型根據(jù)設計技術要求與外形尺寸計算結(jié)果：物鏡：，，目鏡：，，查閱相關光學手冊，可知雙膠合物鏡與凱涅爾目鏡滿足設計任務要求。相關的結(jié)構(gòu)特點，像差特性和光學性能如下：雙膠合望遠物鏡(圖1)的特點是結(jié)構(gòu)簡單，制造和裝配方便，光能損失較小。玻璃選擇得當，可以同時校正球差，正弦差和色差。當高級球差得到平衡時，膠合面的曲率較大，剩余的帶球差偏大。因而，雙膠合物鏡只適用于小孔徑的使用場合。常見的孔徑如表所示?？紤]到膠合面有脫膠的概率，雙膠合物鏡的口徑不宜過大，最大口徑為100mm。
6、雙膠合物鏡能適應的視場角不超過。焦距/mm501001502003005001000相對孔徑1:31:51:41:51:61:81:10表1望遠物鏡通用的相對孔徑凱涅爾目鏡（圖2）是在冉斯登目鏡基礎上發(fā)展起來的，它把接目鏡改成了雙膠鏡。增加一個膠合面變數(shù)用來校正倍率色差，且在校正倍率色差的同時可以把場鏡和接目鏡的間隔進一步減小，從而取得結(jié)構(gòu)縮短，場曲減小的效果。凱涅爾目鏡的成像質(zhì)量優(yōu)于冉斯登目鏡，它能適用的視場也大于冉斯登目鏡。23光學課程設計作者：俞寶清凱涅爾目鏡的光學性能是：視場，相對鏡目距。圖1雙膠合物鏡的光學結(jié)構(gòu)圖2凱涅爾目鏡的光學結(jié)構(gòu)三、物鏡的設計
7、1、用PW法計算雙膠合物鏡初始結(jié)構(gòu)：（1）求，，入瞳半徑第二近軸光線在入瞳的入射高度拉赫不變量（2）求平板像差其中：（3）求物鏡像差23光學課程設計作者：俞寶清物鏡像差要與平板像差以前校正，因此物鏡與平板相應的像差之和應為零：（４）計算Ｐ，Ｗ由，得，（５）歸一化處理又望遠物鏡物在無窮遠，所以：可得：（冕牌玻璃在前）（火石玻璃在前）（６）選玻璃根據(jù)與的值查光學設計手冊，可知F4-K3玻璃對在時，，與計算結(jié)果相當接近，因此雙膠合物鏡選F4-K3玻璃對。根據(jù)光學手冊關于F4-K3玻璃對的詳細信息：，，，，23光學課程設計作者：俞寶清，（７）求形狀系數(shù)Ｑ因＜，取下式
8、的Ｑ值，得：（８）求歸一化條件下透鏡各面的曲率（９）
