应用光学课程设计

齐鲁工业大学课程设计专用纸 成绩

课程名称 应用光学课程设计 指导教师

院 （系） 专业班级

学生姓名 学号 200911021033 设计日期

课程设计题目 （二）设计一个10倍的双目望远镜

一．设计题目要求：

设计一个10倍的双目望远镜，其设计要求如下： （1）视放大率 10x

Γ= （2）全视场 26o

ω=

（3）岀瞳直径 '

4D mm =

（4）岀瞳距离

'11z l mm

=

（5）鉴别率 "

6α=

（6）渐晕系数 0.6k = （7）棱镜的出射面与分划板之间的距离 28.3a = （8）选取普罗I 型棱镜，其棱镜材料为BKA7 （9）选用目镜类型为 2-28

二．拟定系统的原理方案

光学系统初步设计的第一步工作就是拟定系统的结构原理图。下面，结合仪器的光学性能和技术来简单讨论系统的结构。

（1）双目望远镜由一个物镜，两个棱镜，一个分划镜和一组目镜组成。 （2）光学系统为了便于观察，系统应成正像，所以必须加入倒像系统。 三．光学系统的外形尺寸计算 （一）目镜的计算

目镜是望远镜系统非常重要的一个组成部分，但是目镜本身不需要设计，当系统需要使用目镜时，只要根据技术要求进行相应类型的选取即可。

1.已知本次设计的观察镜的视放大倍率Γ及视场角2ω，求出'2ω，即

'tg tg ωωΓ=

则 '22()arctg tg ωω=Γ⨯

2.因为目镜有负畸变（3%:5%），所以实际应取：

'22()2()5%arctg tg arctg tg ωωω=Γ⨯+Γ⨯⨯

由上式可以求得

'258.08o ω=

3.然后求目镜的焦距

本次选用目镜2-28，其各项值据《光学仪器手册》可以查得：

'

20.216f = ' 4.49f s = 18.27f L =- ''/ 1.042P f = 5.0d =

4.在本次设计中所需的目镜的结构形式为已知条件，即所选目镜为2-28

根据 '258.08o ω= '4D mm = '11z l mm =

由以上要求，选取目镜2-28结构如图1所示。

图1 目镜 2-28

表1-1 5.手动追迹光线，求出倒置后的f S

由图1可知该目镜的岀瞳位于整个系统的左侧，而在目镜的实际运用中，岀瞳应位于系统的右侧。此种情况相当于将目镜倒置，故而给出的' 4.49f s =不能直接加以运用。所以

要求出倒置后的f s

目镜倒置后的f S 值是指焦点F 与目镜最后一面的距离，也即指当平行光入射目镜系统时追迹光路中的最后一个面的像距值。以平行光入射，根据单球面折射公式依次对目镜各面成像，直到最后一个面得到的像距就是所要求的f S 。.单球面折射公式如下：

r n n l

n l n -=

-''' （1） 其中n 和'

n 分别是物方和像方折射率，r 为折射球面的曲率半径，l 和'

l 分别为物和像

到折射球面顶点的距离。代入表1中的数据，填入下表中

表1-2

根据计算得：

18.2753

f s =

（二）选择物镜的结构及一些主要数据 1.根据目镜焦距'2f 求取物镜的焦距：'1f

''''

1212/f f f f Γ=⇒=Γ⨯ 即

'11020.216202.16f mm

=⨯=

2.求物镜的视场2ω：由已知可知 26o

ω=。 3.求物镜的通光口径：

''

/D D D D Γ=⇒=⨯Γ 即 41040D mm =⨯=

4.求物镜的相对口径：

'

/40/202.160.20D f == 5.确定物镜的结构形式

根据视场大小及相对孔径的大小选择物镜所需的结构形式。常见的望远物镜的 结构形式有：双胶合、双分离、三片式等等，在本次系统设计中由于所设计的系统 的视场不大，相对孔径也不大，故可选用双胶合物镜。双胶合物镜的结构形式图2所 示：

图2 （三）计算分划板

1.计算分划板直径：

'1=2=23202.16=21.20fen D tg f tg mm

ω⨯⨯⨯

2.求鉴别率α：

"

""

=140/=3.5<5.5D α符合题意

3.查表得分划板的厚度为r D =2mm 其公差为3.0±mm

4.计算出瞳距：'p

出瞳距，由于'

'

138f f p s mm =+

=Γ

出瞳距离近似题目要求的值，因此所选的

目镜符合本次设计要求。

（四）计算棱镜

由于观察镜系统所成的像为倒像，故要在整个系统中加入一转向系统，在本次设计中我们加入的是棱镜转向系统。棱镜转向系统采用2片普罗I 型棱镜进行转向。该望远系统采用普罗I 型棱镜转像，普罗I 型棱镜如下图：

图3 普罗I 型棱镜

1.棱镜的选型：本课程设计已给出（棱镜:普罗I 型棱镜，材料：BAK7）,将普罗I 型棱镜展开，等效为两块平板，如下图：

图4 普罗I 型棱镜展开图

2.求取棱镜的展开长度 L

由《光学仪器设计手册》可查到普罗I 型棱镜的结构参数 K=4,材料BAK7的棱镜折射率n=1.56889，则有：

l

L K D =⨯

上式中，l D 为普罗I 型棱镜的通光口径，其大小与渐晕系数k 及a 值有关。 3. l D 值可采用如下近似公式进行计算得出：

1'

122(),//fen l fen l l kD D tg f D D a d tg D L d L n KD n αα-⎧

=⎪⎪

⎪

=++⇒⎨⎪

==⎪

⎪

⎩

式中，n 为棱镜折射率，选用BKA7玻璃；d 为棱镜的等效空气层厚度；α是一过渡参量；K 为渐晕系数；为所求棱镜的通光口径；l D 为分划板直径；1D 为入射光瞳的孔径。将