50公分望远镜机械结构设计
光学课程设计 望远镜系统结构参数设计
光学课程设计——望远镜系统结构参数设计一设计背景：在现在科学技术中，以典型精密仪器透镜、反射镜、棱镜等及其组合为关键部分的大口径光电系统的应用越来越广泛。
如：天文、空间望远镜；地基空间目标探测与识别；激光大气传输、惯性约束聚变装置等等……二设计目的及意义（1）、熟悉光学系统的设计原理及方法；（2）、综合应用所学的光学知识，对基本外形尺寸计算，主要考虑像质或相差；（3）、了解和熟悉开普勒望远镜和伽利略望远镜的基本结构及原理，根据所学的光学知识（高斯公式、牛顿公式等）对望远镜的外型尺寸进行基本计算；（4）、通过本次光学课程设计，认识和学习各种光学仪器（显微镜、潜望镜等）的基本测试步骤；三设计任务在运用光学知识，了解望远镜工作原理的基础上，完成望远镜的外形尺寸、物镜组、目镜组及转像系统的简易或原理设计。
并介绍光学设计中的PW法基本原理。
同时对光学系统中存在的像差进行分析。
四望远镜的介绍1．望远镜系统：望远镜是一种利用凹透镜和凸透镜观测遥远物体的光学仪器。
利用通过透镜的光线折射或光线被凹镜反射使之进入小孔并会聚成像，再经过一个放大目镜而被看到。
又称“千里镜”。
望远镜的第一个作用是放大远处物体的张角，使人眼能看清角距更小的细节。
望远镜第二个作用是把物镜收集到的比瞳孔直径（最大8毫米）粗得多的光束，送入人眼,使观测者能看到原来看不到的暗弱物体。
2．望远镜的一般特性望远镜的光学系统简称望远系统，是由物镜和目镜组成。
当用在观测无限远物体时，物镜的像方焦点和目镜的物方焦点重合，光学间隔d＝o。
当月在观测有限距离的物体时，两系统的光学问隔是一个不为零的小数量。
作为一般的研究，可以认为望远镜是由光学问隔为零的物镜和目镜组成的无焦系统。
这样平行光射入望远系统后，仍以平行光射出。
图9—9表示了一种常见的望远系统的光路图。
为了方便，图中的物镜和目镜均用单透镜表示。
这种望远系统没有专门设置孔径光阑，物镜框就是孔径光阑，也是入射光瞳，出射光瞳位于目镜像方焦点之外，观察者就在此处观察物体的成伤情况。
望远镜的原理和结构图解示意图
望远镜的原理和结构图解示意图
望远镜的原理和结构图解示意图如下：
一、望远镜的原理
望远镜是由两组凸透镜—目镜和物镜组成。
它的结构特点是物镜的焦距长而目镜的焦距短，望远镜的成像原理是：物镜的作用是得到远处物体的实像，由于物体离物镜非常远，所以物体上各点发射到物镜上的光线几乎是平行光束，这样的光线经过物镜汇聚后，就在物镜焦点外，离焦点很近的地方，形成了一个倒立的、缩小的实像。
这个倒立的、缩小的实像又位于目镜的焦点以内，所以目镜起了放大镜的作用，目镜把经过物镜的倒立的的、缩小的实像放大成了一个正立的、放大的虚像。
这就是远处物体通过望远镜所成的虚像。
二、望远镜的结构图解示意图
一般来说，常规的双筒望远镜有以下几个部分组成：目镜，物镜，中间的棱镜，两个镜筒的连接部分，以及聚焦系统。
根据不同的尺寸大小，放大倍率，和用途以及个人喜好，双筒望远镜又可细分为好几种类型（详见双筒望远镜类型一表）。
下图是常规双筒望远镜的基本构造图：。
望远镜设计系统图和零件图
玻璃 比例
光学系统图 设计者 பைடு நூலகம்例 日期
名称 放大率 视场 出射光瞳直径 眼点距离 物镜焦距 目镜焦距 渐晕系数
公称值 6 8 5mm 9mm 120m 20mm 50%
最小值 5.5 7°30′ 4.8mm 8mm 119.5mm 19.5mm 49.50%
最大值 不 不 不 不 120.5mm 20.5mm 50.50%
序号 1 2 3 4 5 6 7 8
名称 物镜正透镜 物镜负透镜 普罗 I 型转向棱镜 普罗 II 型转向棱镜 分划板 凯涅尔目镜场镜 凯涅尔目镜接眼镜正透镜 凯涅尔目镜接眼镜负透镜
镜框孔径 /mm
外形轮廓 /mm
中心厚度 /mm
数量 1 1 1 1 1 1 1 1
光学零件图 设计者 比例 日期
∆nD
对玻璃的要求 f’ sf sf’ 对零件的要求
3C 3C 3 3 5D
∆ (nF − nC )
均匀性 光的吸收度 气泡程度 N=3
应力消除程度 4 条纹消除程度 1C
∆N = 0.05
C=0.05
∆R = B
P=V
q=
φ 0.5 φ 50
φ
名称 物镜正透镜 BaK2 2:1
带你认识望远镜的结构与原理
带你认识望远镜的结构与原理带你认识望远镜的结构与原理望远镜基本构造一般来说，常规的双筒望远镜有以下几个部分组成：目镜，物镜，中间的棱镜，两个镜筒的连接部分，以及聚焦系统。
根据不同的尺寸大小，放大倍率，和用途以及个人喜好，双筒望远镜又可细分为好几种类型（详见双筒望远镜类型一表）。
下图是常规双筒望远镜的基本构造图：望远镜类型望远镜常见问题解答1.望远镜上的两个数字代表什么？望远镜上的两个数字分别代表望远镜的放大倍率和物镜口径。
例如10x42的双筒望远镜，代表该望远镜的放大倍率是10x，物镜口径是42mm。
10x的倍率表示透过望远镜看到的物体被放大了10倍，即100米处的物体看起来是在10米处。
2.望远镜的放大倍率越大越好吗？不是，放大倍数越大，表示远处的目标在视场中显得更大，但同时意味着实际的视场会变得更小，也就是说进入望远镜的光通量会减少，也就是说你看到的目标会变得黯淡审视模糊。
同时，放大倍率过大，会造成晃动不易于手持，也会引起眼睛疲劳，不利于观察。
3.双筒望远镜能否选择变倍的？可以选择，但最好可变倍数不要太大。
变倍望远镜很方便、适合多种用途，是牺牲如下指标为代价的：价格稍高；结构复杂，容易损坏；视角一般偏小；镜片多，分辨能力稍差；逆光表现不如固定倍数，反差会低一点。
4.双筒望远镜和单筒望远镜到底哪一个好？如同字面所示，双筒望远镜有左右对称的镜头，便于人用双眼观察。
而单筒望远镜是用单眼观察。
不过，我们并不能武断地认为双筒望远镜更好。
一般来讲单筒望远镜的倍率比双筒望远镜高，可以将远处的物体放得更大。
而双筒望远镜虽然比单筒望远镜的倍率低，但由于可以用双眼观察，可以得到立体感。
同时由于倍率较低，可以用手拿着使用，便携性较好。
并且由于其视野较广，比较适合用于观看室外的体育比赛。
5.望远镜如何调焦？人们的左右眼在观看和聚焦方面都会有视差，而望远镜的中央调焦系统很好的解决了这个难题。
基本上来说，我们的望远镜除了有中央聚焦系统以外，还会有右目微调功能（或左目微调，或双目微调），这种功能有效的缓和了左右眼的视差。
望远镜结构及其原理
望远镜结构及其原理望远镜是一种具有放大远处物体的能力的光学仪器。
它主要由目镜、物镜、眼镜管、光学轴、焦点调节装置及其他辅助设备组成。
下面将详细介绍望远镜的结构及其原理。
一、望远镜的结构1.目镜：望远镜的目镜通常由一组透镜组成，可以将物体的细节清晰地显示在观察者的眼睛中。
目镜的作用类似于放大镜，将通过物镜聚集的光线再次聚焦到观察者的眼睛中。
2.物镜：物镜是望远镜的主要透镜，其作用是使远处的物体形成清晰的像。
物镜一般由两个或多个透镜组成，它们的组合能够将通过透镜的光线聚焦到一个点上，形成一个清晰的像。
3.眼镜管：眼镜管由一组透镜组成，使得观察者能够看到物镜形成的清晰像。
眼镜管还可以调节目镜与观察者之间的距离，以适应不同的视觉需求。
4.光学轴：光学轴是望远镜的中心轴线，它连接物镜的中心和目镜的中心。
光线在沿光学轴传播时，不会发生偏折或发散，保证了像的清晰度和准确性。
5.焦点调节装置：焦点调节装置用于调整物镜与目镜之间的距离，以便观察者可以获得清晰的像。
这个装置通常由一组齿轮或螺旋机构组成，可以通过旋转调节手柄来移动物镜或目镜，实现焦距的调整。
二、望远镜的原理望远镜的放大效果基于透镜的光学原理。
当光线穿过物镜时，它们会发生折射并会被聚焦到焦点上。
这个焦点可以位于物镜的一侧或两侧。
目镜位于物镜焦点的另一侧，它的作用是聚焦物镜所聚集的光线，并将其投射到观察者的眼睛上。
望远镜的放大倍数由物镜的焦距与目镜的焦距之比决定。
增加物镜的焦距或减小目镜的焦距可以增加放大倍数。
放大倍数越高，观察者能够看到的物体细节就越清晰。
除了放大效果外，望远镜还能够通过调节物镜和目镜之间的距离来调整焦点的位置。
这样，观察者可以获得清晰的像而不必将眼睛移动到焦距所在的位置。
此外，望远镜还可以通过使用不同类型的透镜或添加棱镜等辅助装置来改善观察效果。
例如，使用放大镜可以增加观察者的视野，使用滤光器可以调节光线的颜色和强度等。
总之，望远镜通过物镜和目镜的组合以及光学调节装置，将远处物体形成清晰的像，并放大这些像，使得观察者能够更好地观察、研究和理解远处的事物。
60公分专业天文望远镜设计方案范文
60公分专业天文望远镜设计方案范文60厘米天文望远镜方案设计一、简介：60厘米天文望远镜的方案是根据深圳市气象局招标书中的技术要求和科学目标而设计的，其设计宗旨是：1、具有高品质的光学系统，实现高精度天体物理研究。
2、具有美观的外形和高刚度的机械结构，以保证在恶劣环境下能正常工作。
3、具有高精度的轴系，实现精细跟踪和观测。
4、具有稳定、可靠的控制系统。
5、配备远程控制技术，达到国内先进水准。
6、该望远镜主要用于恒星精细观测，可进行高精度的天体物理实测，低色散光谱观测、小行星搜寻及目视观测。
根据招标书要求，60厘米望远镜采用赤道叉式结构装置。
通过控制系统直接驱动赤径赤纬力矩电机，革除了传统的机械减速机构引起的误差，实现3″的指向精度和跟踪精度。
光学系统结构形式采用RC系统，镜筒设计成薄壁筒状形式，分别由副镜室、中间快和主镜室组成。
具有远程控制的功能，可通过网络实现异地天文观测和数据传递功能。
二、光学系统设计：1、主光路系统设计：1.1、标书中规定的科学目标和技术参数：★标书中确定主光路的科学目标是：恒星精细观测、高精度天体测量及低色散光谱观测等。
★标书中确定主光路的参数指标为：RC系统，有效口径600mm，工作波长380nm-1000nm，焦比在f8-f10之间，系统像差<200nmRMS，。
★标书中确定主光路中的主镜、副镜的镜坯材料选用热膨胀系数<0.1e-6/°C。
★标书中确定该望远镜具有小行星搜寻功能。
★标书确定在卡焦处配备B、V、R、I波段、白光、氢I6563埃窄带滤光片。
★标书确定在卡焦处的接收器是：U-6CCD。
1.2、设计方案：★根据标书的要求，主光路系统按RC系统设计，焦比选择f/8，主镜又小口径600mm。
查询U-6CCD的靶面为24.6某24.6mm，为保证U-6CCD的靶面充满视场像，经计算后系统的有效视场为20′。
确保20′视场内80％的光能量集中在1.2″以内（见光学设计图）。
伽利略望远镜设计
伽利略望远镜设计报告1. 总体设计要求及方法课题要求设计一个伽利略望远系统，要求：放大倍率为5X ，筒长为250mm ，物镜最大直径不大于25mm ，接受器为人眼。
伽利略望远镜是由正光焦度的物镜和负光焦度的目镜组成，其放大倍率大于1。
光路图如下：图 1 伽利略望远镜光路图为对光学系统进行迭代设计和优化，采用光学设计软件Zemax 对望远镜的物镜、目镜分别进行建模和优化，以取代繁琐复杂的光路计算。
之后再将二者组合建模，并对最后的成像质量进行详细的评价。
2. 光学系统设计初步参数设计根据系统设计要求，镜筒长度250mm ，而物镜到目镜的间距为：'o e l f f =-视觉放大率要求为5x ，故有：'/5o e f f =l 应当略小于筒长，因此将l 设计为240mm ，计算得出物镜焦距f o ’为300mm ，目镜焦距f e 为60mm 。
伽利略望远镜一般以人眼作为视场光阑，物镜框为视场光阑，同时为望远系统的入射窗。
由于视场光阑不与物面重合，因此伽利略望远镜一般存在渐晕现象。
出瞳应位于人眼观察处，为方便观察，设定出瞳距离目镜15mm 处，物镜的直径为25mm ，因此出瞳据物镜距离为：''2z o e z l f f l =-+当视场为50%渐晕时，望远镜的视场角为：tan Z Dl ω=计算得出望远镜的视场角ω为°，可见伽利略望远镜的视场非常小。
物镜设计结构选择一般有三种结构形式：折射式、反射式和折返式。
而一般军用光学仪器和计量仪器中使用的望远镜物镜为折射式物镜。
单透镜的色差和球差都相当严重，现代望远镜一般都采用两块或多块透镜组成的镜组。
其中又可分为双胶合物镜、双分离物镜、三分离物镜、摄远物镜，如下图所示。
图 2 常见的物镜结构双胶合物镜是最简单和常用的望远物镜，由一个正透镜和一个负透镜胶合而成。
双胶合物镜的优点为结构简单，制造和装配方便。
通过选择材料以及弯曲镜面可以矫正透镜组的球差、彗差和轴向色差。
60公分专业天文望远镜设计方案
60厘米天文望远镜方案设计一、简介：60厘米天文望远镜的方案是根据深圳市气象局招标书中的技术要求和科学目标而设计的，其设计宗旨是：1、具有高品质的光学系统，实现高精度天体物理研究。
2、具有美观的外形和高刚度的机械结构，以保证在恶劣环境下能正常工作。
3、具有高精度的轴系，实现精细跟踪和观测。
4、具有稳定、可靠的控制系统。
5、配备远程控制技术，达到国内先进水准。
6、该望远镜主要用于恒星精细观测，可进行高精度的天体物理实测，低色散光谱观测、小行星搜寻及目视观测。
根据招标书要求，60厘米望远镜采用赤道叉式结构装置。
通过控制系统直接驱动赤径赤纬力矩电机，革除了传统的机械减速机构引起的误差，实现3″的指向精度和跟踪精度。
光学系统结构形式采用RC系统，镜筒设计成薄壁筒状形式，分别由副镜室、中间快和主镜室组成。
具有远程控制的功能，可通过网络实现异地天文观测和数据传递功能。
二、光学系统设计：1、主光路系统设计：1.1、标书中规定的科学目标和技术参数：★标书中确定主光路的科学目标是：恒星精细观测、高精度天体测量及低色散光谱观测等。
★标书中确定主光路的参数指标为：RC系统，有效口径600mm，工作波长380nm-1000nm，焦比在f8-f10之间，系统像差<200nm RMS，。
★标书中确定主光路中的主镜、副镜的镜坯材料选用热膨胀系数< 0.1e-6/°C。
★标书中确定该望远镜具有小行星搜寻功能。
★标书确定在卡焦处配备B、V、R、I波段、白光、氢I6563埃窄带滤光片。
★标书确定在卡焦处的接收器是：U-6CCD。
1.2、设计方案：★根据标书的要求，主光路系统按RC系统设计，焦比选择f/8，主镜又小口径600mm。
查询U-6CCD的靶面为24.6X24.6mm，为保证U-6CCD的靶面充满视场像，经计算后系统的有效视场为20′。
确保20′视场内80％的光能量集中在1.2″以内（见光学设计图）。
★根据标书的要求，望远镜具有搜寻小行星的功能。
望远镜棱镜内部结构及原理图
望远镜棱镜内部结构及原理图
望远镜棱镜内部结构及原理图
光学设计方面，常见的望远镜一般采用二个基本设计之一：屋脊（Roof）或普罗（Porro，又译保罗，宝罗）棱镜。
普罗棱镜又叫直角棱镜，是传统的经典设计，比较常见的设计是由两个完全相同的直角棱镜构成，优点是形状简单，容易加工和装配，缺点是相对屋脊棱镜，重量和体积较大。
屋脊棱镜系统也称为别汉棱镜系统，比较常见的设计是由一个屋脊棱镜和一个半五棱镜构成，优点是外观为直筒型，光学结构相对轻便和紧凑，比较适合户外运动便携产品，在小口径的产品上体积和重量的优势尤其明显，不足之处是即使是相对简单的屋脊棱镜，外形也比普罗棱镜复杂的多，加工难度大，此外从装配难度和维护性来讲也难于传统的普罗棱镜，因此成本较高。
普罗屋脊。
望远镜结构及其原理14页PPT
例题－望远镜
例题2、有一架开普勒望远镜，视角放大率
为6×，物方视场角为8度，出瞳直径D'＝ 5mm，物镜和目镜之间距离L＝140mm．假 定孔径光阑与物镜框重合，系统无渐晕，求： (1) 物镜焦距和目镜焦距；(2) 物镜口径；(3) 视场光阑的直径；(4) 出瞳的位置。
作业－望远镜
1、10－7 2、10－8
2、Galileo望远镜结构
Fe(Fo') Fe’
物镜
xa
目镜
眼 睛
目镜由负透镜构成,镜
筒内不存在实像。
Fo
Fe' Fe (Fo')
系统结构紧凑，筒长短,成正立像 不可设置分划板,测量物体大小 存在渐晕
二、光束限制－望远镜
物镜
目镜
Fo -w
孔径光阑
Fe(Fo‘) Fe’
fo’ 视场光阑
以Kepler望远镜为例
§10.4 望远镜结构及其原理
一、基本结构 二、光束限制 三、分辨本领 四、放大本领
1、视角放大率 2、有效视角放大率 五、聚光本领 六、望远镜的物镜
一、基本结构－望远镜
1、Kepler望远镜结构
物镜和目镜均由正透镜
物镜
目镜 眼 睛
构可成,设镜置筒视内场存在光实阑像，。消渐F晕o 可设置分划板,测量物体大小 系统成倒像
(1)、望远镜光学系统的性能得到充分的利用; (2)、没有赝像;
视角放大率的要求:
望远镜的角分辨极限经望远镜放大后能够被 眼睛分辨。
0 1'
60D /140 ~ D / 2.3
实际望远镜的视角放大率为上式的1.5~2倍
五、聚光本领－望远镜
设望远镜光学系统的基本 出瞳D' 亮度为L0,则像面的照度为:
望远镜系统结构设计
光学课程设计望远镜结构系统设计**:***班级:光通信082学号:**************:**摘要该报告运用应用光学知识，了解望远镜的历史,在工作原理的基础上，完成望远镜的外形尺寸、物镜组、目镜组及转像系统的简易或原理设计。
了解光学设计中的PW 法基本原理。
并应用光学设计软件对系统误差、成像质量进行理论分析。
初级像差理论与像差的校正和平衡方法，像质评价与像差公差，光学系统结构参数的求解方法。
望远物镜设计的特点、双胶合物镜结构参数的求解和光学特性。
目镜设计的特点、常用目镜的型式和像差分析等都有了一个明确的简要的介绍。
关键字：望远镜物镜目镜放大率分辨率内调焦望远镜 PW法光栅目录一概述…………………………………………………………页二望远镜尺寸设计与分析…………………………………页2.1 望远镜的简述…………………………………………………………页2.2 望远镜的主要特性分析………………………………………………页三分物镜组与目镜组的选……………………………………………… 页3.1望远镜物镜需要消除的像差类型及主要结构形式…………………页3.2双胶物镜和双分离物镜………………………………………………页3.3内调焦望远镜…………………………………………………………页四.目镜组的主要种类及其结构：………………………….. 页4.1惠更斯目镜……………………………………………………………页4.2冉斯登目镜……………………………………………………………页4.3 Porro、Roof棱镜结构及其特点…………………………………页五.望远镜像差设计PW法………………………………….. 页5.2物体在有限距离时的P,W的规化……………………………………页5.5用C,表示的初级像差系数………………………………………页P,W六.光学系统中的光栅分析……………………………………页一概述1.1 课程设计的目的运用应用光学知识，了解望远镜工作原理的基础上，完成望远镜的外形尺寸、物镜组、目镜组及转像系统的简易或原理设计。
光学课程设计望远镜系统结构设计
光学课程设计——望远镜系统结构设计姓名：学号：班级：指导老师：一、设计题目：光学课程设计二、设计目的：运用应用光学知识，了解望远镜工作原理的基础上，完成望远镜的外形尺寸、物镜组、目镜组及转像系统的简易或原理设计。
了解光学设计中的PW法基本原理。
三、设计原理：光学望远镜是最常用的助视光学仪器，常被组合在其它光学仪器中。
为了观察远处的物体,所用的光学仪器就是望远镜,望远镜的光学系统简称望远系统. 望远镜是一种用于观察远距离物体的目视光学仪器，能把远物很小的张角按一定倍率放大，使之在像空间具有较大的张角，使本来无法用肉眼看清或分辨的物体变清晰可辨。
所以，望远镜是天文和地面观测中不可缺少的工具。
它是一种通过物镜和目镜使入射的平行光束仍保持平行射出的光学系统.其系统由物镜和目镜组成,当观察远处物体时,物镜的像方焦距和目镜的物方焦距重合,光学间距为零.在观察有限远的物体时,其光学间距是一个不为零的小数量,一般情况下,可以认为望远镜是由光学间距为零的物镜和目镜组成的无焦系统.常见望远镜按结构可简单分为伽利略望远镜，开普勒望远镜，和牛顿式望远镜。
常见的望远镜大多是开普勒结构，既目镜和物镜都是凸透镜（组），这种望远镜结构导致成像是倒立的，所以在中间还有正像系统。
物镜组（入瞳）目镜组视场光阑出瞳1'1ω2'2'ω3 'f物—f目'l z'3上图为开普勒式望远镜，折射式望远镜的一种。
物镜组也为凸透镜形式，但目镜组是凸透镜形式。
为了成正立的像，采用这种设计的某些折射式望远镜，特别是多数双筒望远镜在光路中增加了转像稜镜系统。
此外，几乎所有的折射式天文望远镜的光学系统为开普勒式。
伽利略望远镜是以会聚透镜作为物镜、发散透镜作为目镜的望远镜（会聚透镜的焦距要大于发散透镜的焦距），当远处的物体通远物镜(u>2f ）在物镜后面成一个倒立缩小的实像，而这个象一个要让它成现在发散透镜（目镜）的后面即靠近眼睛这一边，当光线通过发散透镜时，人就能看到一个正立缩小的虚象。
关于望远物镜的设计
1. 设计一个望远镜(焦距100mm，全视场角8度)2. 设计一个显微镜（放大倍率10倍，NA=0.2，共轭距离210mm）3. 设计一个照相物镜（焦距50mm，相对孔径1/2，全视场角50度）内容:（1）通过给定的参数，计算出其他参数值。
（2）分析系统需要校正的象差类型。
（3）通过手册查询初始结构，并回答所属类型，然后输入到计算机软件中给出输入结果的二维图。
（4）采用上机学到的知识进行全部优化。
给出MTF结果。
（5）采用上机学习的知识进行对样板和公差分析，给出操作步骤的图片和结果。
（6）绘制出光学系统图。
望远物镜设计（1）f’=100, D/f’=1/4, D=25mm, 2w=8（2）系统需校正的像差：球差、慧差、色差、场曲（3）查手册选初始结构，f’=109.81, D/f’=1/2.2,2w=12，l’f=99.12 .属于双胶合、双分离摄远物镜二维输出结果：（4）（5）采用上机学习的知识进行对样板和公差分析，给出操作步骤的图片和结果。
步骤：一. 设定Tolerance Data1. 一般情况我们可以利用Zemax 的Default Tolerances 进行设置，在Tolerance Data Editor 中Tools 菜单下有Default Tolerances 选项。
弹出如下对话框:在此对话框可以对各面的R值，TC,偏心(Decenter),倾斜(Titlt),不规则度(Irregularity)及材质的公差进行设定。
各项意义如下：Surface Tolerances 一列Ｒadius.(半径公差)，它可以使用一个具体的量(Millmeters 此为Lens Unit)作为限制，也可使用干涉条纹数(Fringes)做为限制。
Thickness(中心厚度),它以当前ZemaxFile 中的Lens Unit 做为单位。
Decenter X/Decenter Y 偏心公差差Tilt X/Tilt Y 面的倾角S + A Irreg Spherical and Astigmatism 不规则度(仅对于Standard Surface Type)Zern Irreg 泽尔尼克不规则度(Zernike Irregularity)Index 玻璃材质折射率Abbe 玻璃材质色散系数Element Tolerances 一列只有Decenter 及Tilt 的设定，其意义同上，但与Surface Tolerances 的区别是它将应用一个元件而不是一个光学表面。
50公分望远镜机械结构设计
50公分望远镜机械结构设计郑锋华一. 望远镜的技术指标：1. 光学系统：（1）主光路：光学类型：卡塞格林系统有效口径：50mm卡焦焦比：1/10视场：2ω=40′（80%能量集中在1〞内）面形精度：λ/16（rms）（3）寻星镜：光学类型：折射双分离有效口径：100mm焦比：1/7视场：2ω=1°2. 机械系统：（1）结构形式：赤道叉式（2）极轴调整范围：±1º（3）赤经、赤纬轴转速：快动：±60º/分慢动：±3º/分恒动：15′/分微动：±5′/分（4）跟踪精度：2‰（5）指向精度（重复精度）：±30″二. 望远镜的结构设计：（一）望远镜的基座设计：图1 基座外形该类型常用于科研仪器，以往我公司出厂的赤道叉式望远镜基本是这种类型。
此基座有一明显优点，极轴可做的较长，能够明显地提高运转的稳定性。
并且从外观上看，外形美观、全封闭，防尘性能良好，基座整体刚性、强度及稳定性都非常出色。
（二）望远镜的传动设计：1. 驱动电机：赤经赤纬均选用BSHB3910-H三相混合式步进电机驱动（峰值力矩4.0Nm），工作在4000步/转的细分状态，步进电机对应的望远镜步进当量为0.1”/步。
负责快、慢、微、恒的运动。
2. 传动系统：采用蜗轮副传动，总传动比i=3240。
赤经赤纬均采用两级蜗轮蜗杆传动、初级蜗轮蜗杆参数相同，而末级参数略有不相同，末级大蜗轮均采用剖分蜗轮消隙。
3. 传动参数：蜗轮模数蜗杆系数齿数赤经末级蜗轮：M=2 Z=270赤经末级蜗杆：M=2 Q=25.5 Z=1赤纬末级蜗轮：M=1.5 Z=270赤纬末级蜗杆：M=1.5 Q=34 Z=1初级蜗轮：M=1.75 Z=24初级蜗杆：M=1.75 Q=14 Z=24. 位置检测元件：在赤经赤纬大蜗杆上装有一个YGN-612-1200的增量式光栅码盘，其最终分辨率为1"，以作为自动找星时的位置检测装置。
临近空间大口径望远镜光机结构设计分析吴京祥
临近空间大口径望远镜光机结构设计分析吴京祥发布时间：2023-07-28T08:21:03.720Z 来源：《中国电业与能源》2023年9期作者：吴京祥[导读] 近年来，反射式望远镜展现出诸多优点，在现代大型望远镜中得到了广泛应用，由于天文观测具有局限性，需要提升空间探测的分辨率，在应用空间相机主反射镜时，在口径方面要增加处理，所以，大口径形式的望远镜光机结构在设计中具有挑战性，本文主要围绕着望远镜光机结构来展开，基于临近空间大口径条件，深入研究具体的结构设计内容。
广东纳丽德移动照明有限责任公司 529931摘要：近年来，反射式望远镜展现出诸多优点，在现代大型望远镜中得到了广泛应用，由于天文观测具有局限性，需要提升空间探测的分辨率，在应用空间相机主反射镜时，在口径方面要增加处理，所以，大口径形式的望远镜光机结构在设计中具有挑战性，本文主要围绕着望远镜光机结构来展开，基于临近空间大口径条件，深入研究具体的结构设计内容。
关键词：铺层结构；组件材料；主镜镜体；应用材料引言：天基望远镜在观测方面的要求逐渐提升，处于微重力环境下，望远镜的主镜口径变得更大，这让反射镜的设计难度明显增加，同时促使支撑结构的设计工作面临着挑战性，所以，在空间望远镜研究的关键技术内容中，空间大口径形式的望远镜光机结构设计具有必要性。
1 分析临近空间大口径望远镜光机结构的设计内容1.1主镜组件设计1.1.1组件材料选择1）镜体材料，在大口径形式的天基望远镜中，根据反射镜从设计到发射这一系列过程，考虑到要经受重力、振动等不同载荷，所以反射镜要考虑到材料的平滑性，保证具有可加工性，提升材料安全性，由于反射镜口径比较大，为了遵循高轻量化要求，防止温度变化带来的影响，材料要具备高比刚度，且容易加工，可以采用反应烧结碳化硅材质。
2）支撑组件材料选择，支撑结构同主镜进行连接，结合其中的过渡件材料，为避免温度引发的热应力，考虑到柔性支撑结构，会借助自身的弹性形变对不同工况进行隔离，干扰着镜面面形精度，所以，择取性能合适的钛合金材料；在主镜组件的背部支撑结构中，横杠属于关键部分，其上部两个支撑点具有较大的跨度，承担着大部分镜体质量，需要高比刚度的材料，所以需要应用钛合金的材料等；在周边支撑中，是切向拉杆，它是一个薄片形状的结构件，需要强度、硬度过关，所以选取65Zn；主镜组件中结构最大的是主镜室，要求高比刚度，选用铸造钛合金材料[1]。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
50公分望远镜机械结构设计
郑锋华
一. 望远镜的技术指标：
1. 光学系统：
（1）主光路：
光学类型：卡塞格林系统
有效口径：50mm
卡焦焦比：1/10
视场：2ω=40′（80%能量集中在1〞内）
面形精度：λ/16（rms）
（3）寻星镜：
光学类型：折射双分离
有效口径：100mm
焦比：1/7
视场：2ω=1°
2. 机械系统：
（1）结构形式：赤道叉式
（2）极轴调整范围：±1º
（3）赤经、赤纬轴转速：
快动：±60º/分
慢动：±3º/分
恒动：15′/分
微动：±5′/分
（4）跟踪精度：2‰
（5）指向精度（重复精度）：±30″
二. 望远镜的结构设计：
（一）望远镜的基座设计：
图1 基座外形
该类型常用于科研仪器，以往我公司出厂的赤道叉式望远镜基本是这种类型。
此基座有一明显优点，极轴可做的较长，能够明显地提高运转的稳定性。
并且从外观上看，外形美观、全封闭，防尘性能良好，基座整体刚性、强度及稳定性都非常出色。
（二）望远镜的传动设计：
1. 驱动电机：
赤经赤纬均选用BSHB3910-H三相混合式步进电机驱动（峰值力矩4.0Nm），工作在4000步/转的细分状态，步进电机对应的望远镜步进当量为0.1”/步。
负责快、慢、微、恒的运动。
2. 传动系统：
采用蜗轮副传动，总传动比i=3240。
赤经赤纬均采用两级蜗轮蜗杆传动、初级蜗轮蜗杆参数相同，而末级参数略有不相同，末级大蜗轮均采用剖分蜗轮消隙。
3. 传动参数：
蜗轮模数蜗杆系数齿数
赤经末级蜗轮：M=2 Z=270
赤经末级蜗杆：M=2 Q=25.5 Z=1
赤纬末级蜗轮：M=1.5 Z=270
赤纬末级蜗杆：M=1.5 Q=34 Z=1
初级蜗轮：M=1.75 Z=24
初级蜗杆：M=1.75 Q=14 Z=2
4. 位置检测元件：
在赤经赤纬大蜗杆上装有一个YGN-612-1200的增量式光栅码盘，其最终分辨率为1"，以作为自动找星时的位置检测装置。
5. 赤经轴系：
选用一只φ240×φ360×56型号7048的大角接触轴承放置于极轴的北端，一只φ140×φ250×42型号7228AC的小角接触轴承放置于极轴的南端，两只角接触轴承组合来平衡赤经的径向及轴向力。
极
轴北端轴承为主要受力端，因此轴承与极轴采用过盈配合，以使极轴在转动时不在轴承中摆动，从而提高了轴承的转动精度，同时由于轴承承受了预紧力，因而增强了轴承的强度及刚度。
在极轴的南端，轴承与极轴采用过渡配合，实配间隙在0.02-0.03mm之间以使轴承与极轴能有效移动，从而给极轴使加拉力以增强极轴的机械性能。
赤经轴系赤纬轴系
图2 轴系配置方案图
6. 赤纬轴系：
由于纬轴在空间翻转，纬轴轴承承受镜筒重力的大小和方向都在变化，随赤经轴的位置不同而不同。
因此在设计中应注意纬轴的串动，提高轴承的支承刚度。
叉式望远镜是双支点的，为防轴承的间隙出现，两个支点的轴承都需要单独地加预紧力。
因此选用一对普通的角接触轴承。
（三）望远镜的镜筒设计：
按功能要求设置两个镜筒，即主镜筒、寻星镜筒。
1. 主镜筒：
主镜筒为全封闭薄壁结构，其特点是结构简单，内部清洁（防灰、水），防杂散光。
图3 镜筒图
图4 主镜支撑图
主镜的定位采用了中心球头定位方式，底支承为9点翘翘板结构，侧支承为六点温度可补偿、可调式抱紧结构，如图4所示。
采用有限元计算求解最佳支撑位置，如下图所示。
反射面的Z方向P-V=0.025um，RMS=0.0142um，以λ＝0.6um 计算，则面形精度RMS小于1/40λ,P-V小于1/10λ。
图5 最佳支撑位置处主镜变形图
付镜采用三翼梁式中心支承结构，其特点是：具有较高的结构稳定性，通光效率大及结构简单，易于制造和装配。
但随着望远镜的口径的增大，其支承梁片也加长，同时付镜的重量也增大，其结构的稳定性将受到影响。
付镜设有电动调节系统，可进行平移、倾斜和前后的调节动作，便于光学调整。
终端设有不同放大倍率的目视接口、CCD连接接口、照相机连
接接口和棱镜光谱接口。
主镜盖手动。
图6 付镜支撑机构图
2. 寻星镜：
寻星镜也选用公司现有的双分离消色差折射镜筒，有效口径为100mm，焦距为692.45mm。
该镜筒的末端接口形式与主镜筒相同，以便接收器互换。
（四）望远镜的叉臂设计：
在设计上有意识地增大叉臂的抗弯截面模数（并减轻重量），使总变形量减小。
为减小不均匀性变形产生的附加力，应注意结构设计的对称性（对称开孔、对称加筋）使不等变形量减小。
此外，纬轴轴承系统刚度也应加强，减小外载荷作用下的变形，以保持摩擦恒定。
在图7中显示了叉臂的内筋板的布置图，图8所示叉臂在转动90°时，即叉臂处最危险情况下的受力变形图。
图7 叉臂剖视图
图8 叉臂有限元计算变形图
图9 总体振型图
叉臂最大变形为8.124×10-5m，转换成角度变形为16"，满足设计任务中30"的指向精度的要求。
而图9所示总体振型图，一阶频率为36Hz，也可满足电机振动和风振情况下的抗共振性。
（五）望远镜的高度、方位调整设计：
1. 望远镜支承在三根梯形螺杆上并实现高度调节，如图10所示。
图10 高度调节机构图
2. 方位调节
由左、右两套推顶装置组成其望远镜的方位调节机构，如图11所示。
图11 方位调节机构图
审核：
批准：
南京中科天文仪器有限公司研发中心。