光学课程设计报告

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1、光学课程设计作者：俞宝清光学课程设计报告姓名：俞宝清学号：U班级：光信0803班学校：华中科技大学23光学课程设计作者：俞宝清目录设计任务与要求3设计步骤4一、外形尺寸计算4二、光学系统选型6三、物镜的设计71、用PW法计算双胶合物镜初始结构：7（1）求，，7（2）求平板像差7（3）求物镜像差7（４）计算Ｐ，Ｗ8（５）归一化处理8（６）选玻璃8（７）求形状系数Ｑ9（８）求归一化条件下透镜各面的曲率9（９）求薄透镜各面的球面半径9（１０）求厚透镜各面的球面半径92、物镜像差容限的计算103、物镜像差校正114、物镜像差曲线13四、目镜的设计141、用PW法计算

2、凯涅尔目镜初始结构14（１）接目镜的相关参数计算14（2）场镜的相关参数计算152、目镜像差容限的计算163、目镜像差校正174、目镜像差曲线20五、光瞳衔接与像质评价201、光瞳衔接202、像质评价213、总体设计评价21学习体会22附:零件图与系统图2423光学课程设计作者：俞宝清设计任务与要求设计题目：双筒棱镜望远镜设计设计技术要求：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

3、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′>8～10mm23光学课程设计作者：俞宝清设计步骤一、外形尺寸计算由入瞳直径及相对孔径，可得：物镜焦距由，知：出瞳直径目镜焦距由物方视场，可得：目镜通光口径分划板直径分划板半径又由：，可得：像方视场该望远系统采用普罗I型棱镜转像，普罗I型棱镜如下图：普罗I型棱镜将普罗I型棱镜展开，等效为两块平板，如下图：23光学课程设计作者：俞宝清棱镜展开图由设计要求：视场边缘允许50%的渐晕，可利用分划板拦去透镜下部25%的光，利用平板拦去透镜上部的25%的光，这

4、样仅有透镜中间的50%的光能通过望远系统，使像质较好。在上图中截取平板拦光部分的梯形进行研究，如下图，可得比例关系：8.3912h7.5120其中为第二块平板的后表面到分划板的距离，根据要求，可取。解得：由此可得：等效平板厚度所以棱镜展开的实际厚度：考虑到棱镜的装配，取因此，等效空气平板厚度考虑到棱镜通光口径有限，因此需考虑到全孔径全视场的光线要能通过棱镜的第一个面（如下图），则物镜到第一个棱镜前表面的最小距离必须满足：23光学课程设计作者：俞宝清其中为物镜到第一个棱镜前表面的最小距离。代入数据，得：解得：因为实际物镜到第一个棱镜前表面的距离c满足：其中为普

5、罗I型棱镜系统的两棱镜的距离，根据要求，取由知，设计满足实际棱镜通光口径的限制。二、光学系统选型根据设计技术要求与外形尺寸计算结果：物镜：，，目镜：，，查阅相关光学手册，可知双胶合物镜与凯涅尔目镜满足设计任务要求。相关的结构特点，像差特性和光学性能如下：双胶合望远物镜(图1)的特点是结构简单，制造和装配方便，光能损失较小。玻璃选择得当，可以同时校正球差，正弦差和色差。当高级球差得到平衡时，胶合面的曲率较大，剩余的带球差偏大。因而，双胶合物镜只适用于小孔径的使用场合。常见的孔径如表所示。考虑到胶合面有脱胶的概率，双胶合物镜的口径不宜过大，最大口径为100mm。

6、双胶合物镜能适应的视场角不超过。焦距/mm501001502003005001000相对孔径1:31:51:41:51:61:81:10表1望远物镜通用的相对孔径凯涅尔目镜（图2）是在冉斯登目镜基础上发展起来的，它把接目镜改成了双胶镜。增加一个胶合面变数用来校正倍率色差，且在校正倍率色差的同时可以把场镜和接目镜的间隔进一步减小，从而取得结构缩短，场曲减小的效果。凯涅尔目镜的成像质量优于冉斯登目镜，它能适用的视场也大于冉斯登目镜。23光学课程设计作者：俞宝清凯涅尔目镜的光学性能是：视场，相对镜目距。图1双胶合物镜的光学结构图2凯涅尔目镜的光学结构三、物镜的设计

7、1、用PW法计算双胶合物镜初始结构：（1）求，，入瞳半径第二近轴光线在入瞳的入射高度拉赫不变量（2）求平板像差其中：（3）求物镜像差23光学课程设计作者：俞宝清物镜像差要与平板像差以前校正，因此物镜与平板相应的像差之和应为零：（４）计算Ｐ，Ｗ由，得，（５）归一化处理又望远物镜物在无穷远，所以：可得：（冕牌玻璃在前）（火石玻璃在前）（６）选玻璃根据与的值查光学设计手册，可知F4-K3玻璃对在时，，与计算结果相当接近，因此双胶合物镜选F4-K3玻璃对。根据光学手册关于F4-K3玻璃对的详细信息：，，，，23光学课程设计作者：俞宝清，（７）求形状系数Ｑ因＜，取下式

8、的Ｑ值，得：（８）求归一化条件下透镜各面的曲率（９）