工程光学综合练习题

综合训练二

（测控、信息、电科、光科专业适用）

一、题目：

典型光学系统的外形尺寸计算与分析

二、目的：

1）课程知识的综合运用：综合运用已经学过的理想光学系统理论、光束限制理论和像差理论，进行实际光学系统的外形尺寸计算，为光学设计打下良好基础。

2）促进协助和自学能力的提高：通过小组共同研究，促进学生团结协助精神的培养。同时培养学生查阅资料及自学能力。

三、内容

外形尺寸计算，是指根据使用要求确定光学系统整体结构尺寸的设计过程，其主要内容包括：

1)确定系统的孔径、视场、分辨率以及光组构成和光束限制情况；

2)确定各光组的光学特性（焦距、放大倍率等）及几何关系（轴向位置、

通光孔径等）；

3)画出完整的系统光路图，标示主要参数予以验证；

4)规划成像质量、视场、孔径的权重。

本次综合练习要求做到第3步。

四、选题方式

1）以综合练习一确定的小组为单位选题；

2）有兴趣做光学设计的小组先选（第7题和第15题）；

3）剩下的小组，由小组长抽签选择其余13题。

五、要求

1）根据要求画出系统光路图，标识系统结构、光束限制和成像典型光线。

2）设计思路、分析步骤和设计过程齐全，设计合理，结果可靠。

3）第11教学周布置任务，完成选题和资料查找工作；

5）第12教学周完成理想参数计算；

6）第13教学周完成各光组的选型及初步计算；

7）第14教学周完成整体的外形尺寸计算；（网上提交）

8）第15教学周根据反馈完善，周末网上提交提交电子最终版，同时上交纸版。

六、成绩评定

根据设计综合情况，以百分制给分。

附：设计题目

练习题一

开普勒望远镜是最简单的望远镜系统，已知视觉放大率Γ=-10X ，视场角2ω=2˚，出瞳直径D '=5mm ，出瞳距l z '=11.25mm ；另有一对称式双透镜转像系统，两透镜之间的距离为60mm ，插入上述望远镜光路中将筒长拉长180mm 。请计算组合系统的外形尺寸（包括物镜、场镜、转像透镜、目镜的焦距、位置、通光孔径以及系统的光束限制情况等）。

（提示：目镜可选用凯涅尔型，其后工作距2F

l '和焦距2f '有如下近似关系：220.35F l f ''≈；前工作距28.6F l mm =。）

练习题二

开普勒望远镜是最简单的望远镜系统，已知视觉放大率Γ=-8X ，视场角2ω=4˚，出瞳直径D '=5mm ，目镜焦距f 2'=25mm ；另有一对称式双透镜转像系统，两透镜之间的距离为80mm ，插入上述望远镜光路中将筒长拉长240mm 。请计算组合系统的外形尺寸（包括物镜、场镜、转像透镜、目镜的焦距、位置、通光孔径以及系统的光束限制情况等）。

（提示：目镜可选用凯涅尔型，其后工作距2F

l '和焦距2f '有如下近似关系：220.35F l f ''≈；前工作距28.6F l mm =。）

练习题三

开普勒望远镜是最简单的望远镜系统，已知视觉放大率Γ=-6X ，视场角2ω=6˚，出瞳直径D '=6mm ，机械筒长L =168mm ；另有一对称式双透镜转像系统，两透

镜之间的距离为50mm ，插入上述望远镜光路中将筒长拉长150mm 。请计算组合系统的外形尺寸（包括物镜、场镜、转像透镜、目镜的焦距、位置、通光孔径以及系统的光束限制情况等）。

（提示：目镜可选用凯涅尔型，其后工作距2F

l '和焦距2f '有如下近似关系：220.35F l f ''≈；前工作距28.6F l mm =。）

练习题四

背景：伽利略望远镜常用在大地测量和航空测量仪器中。由于它采用了负目镜，所以它具有结构简单、筒长短、正像和光能损失少的优点。但它没有中间实像面，不能安放分划板做瞄准测量用，而主要用在观察系统中。

提示：在外形尺寸计算时，必须把眼睛作为孔径光阑来考虑，它是整个系统的孔径光阑和出射光瞳。物镜框是渐晕光阑和入射窗，因此有较大的渐晕。一般选用单组双胶合透镜作为物镜，其相对孔径一般取1:4~1:3。

要求：已知的条件包括：视觉放大率Γ=3X ，相对孔径取1:3，出瞳直径D '=4mm ，物镜通光孔径D o =30mm ，出瞳距l z '=10mm 。请计算伽利略望远镜的外形尺寸，包括：

(1)物镜、目镜焦距o f ′、e f ′；

(2)入瞳距z l ；

(3)入瞳直径D ；

(4)无渐晕时物方和像方视场角%K=ω100、%K=ω100′；

(5)目镜的通光孔径e D 。

练习题五

背景：伽利略望远镜常用在大地测量和航空测量仪器中。由于它采用了负目镜，所以它具有结构简单、筒长短、正像和光能损失少的优点。但它没有中间实像面，不能安放分划板做瞄准测量用，而主要用在观察系统中。

提示：在外形尺寸计算时，必须把眼睛作为孔径光阑来考虑，它是整个系统的孔径光阑和出射光瞳。物镜框是渐晕光阑和入射窗，因此有较大的渐晕。一般选用单组双胶合透镜作为物镜，其相对孔径一般取1:4~1:3。

要求：已知的条件包括：物镜焦距f o '=100mm ，目镜焦距f e '=-25mm ，相对孔径取1:3，出瞳直径D '=4mm ，出瞳距l z '=10mm 。请计算伽利略望远镜的外形尺寸，包括：

(1)视觉放大率Γ；

(2)物镜通光孔径o D ；

(3)入瞳距z l ；

(4)入瞳直径D ；

(5)50%渐晕时物方和像方视场角%K=ω50、%K=ω50′；

(6)目镜的通光孔径e D 。

练习题六

背景：伽利略望远镜常用在大地测量和航空测量仪器中。由于它采用了负目镜，所以它具有结构简单、筒长短、正像和光能损失少的优点。但它没有中间实像面，不能安放分划板做瞄准测量用，而主要用在观察系统中。

提示：在外形尺寸计算时，必须把眼睛作为孔径光阑来考虑，它是整个系统的孔径光阑和出射光瞳。物镜框是渐晕光阑和入射窗，因此有较大的渐晕。一般选用单组双胶合透镜作为物镜，其相对孔径一般取1:4~1:3。

要求：已知的条件包括：视觉放大率6Γ=，相对孔径取1:4，出瞳直径mm 4′=D ，物镜通光孔径D o =30mm ，出瞳距l z '=10mm 。请计算伽利略望远镜的外形尺寸，包括：

(1)物镜、目镜焦距o f ′、e f ′；

(2)入瞳距z l ；

(3)入瞳直径D ；