应用光学课程设计例子(学生)
应用光学第2版课程设计 (2)
应用光学第2版课程设计1. 课程概述应用光学是光学的一个重要分支，它不仅仅关注光的传播和反射等基本性质，更注重光在实际应用中的作用。
本课程旨在通过教授应用光学基本理论和实践应用，使学生了解光学在现代科学和工程中的重要作用以及其应用领域的最新研究进展。
2. 课程目标•了解应用光学的基本理论，掌握基本光学原理；•掌握光学测量与检验的基本方法和技能；•熟练掌握应用光学在机械加工、无损检测、电子通信、生命科学等领域的应用；•综合运用所学知识，提高解决实际问题的能力。
3. 课程内容及教学安排本课程拟进行15次课程学习和2次实验教学。
教学内容和安排如下：第1-2周：光的基本性质和传播规律•光与电磁波•光的波动性和粒子性•光在介质中的传播规律第3-4周：光线的传播和反射•光的反射定律•平面镜成像•球面镜和透镜成像第5-6周：光线的折射和色散•光的折射定律•柱棒棱镜的折射和偏转•光的色散和分光元件第7-8周：光学仪器与检测技术•干涉计和干涉条纹的形成•光的偏振和检测•光谱分析和光谱仪器第9-10周：光学设计和成像系统•成像系统的基本要素与成像质量指标•透镜系统的设计和优化•成像系统的实际应用案例第11-12周：应用光学在机械制造中的应用•线性测量技术和激光测距仪•光刻机和光刻板制造•制造中的光学检测技术第13-14周：应用光学在生命科学中的应用•透射电子显微镜•光学显微镜和活细胞成像技术•光学检测技术在生物科学中的应用4. 实验设计实验一：干涉测量实验使用差分干涉仪对一束光进行干涉测量，并绘制干涉和相位条纹图。
实验二：透镜成像实验使用凸透镜进行成像实验，考察不同物距、像距下的成像情况，绘制成像光路图，并测量透镜的焦距。
5. 教材推荐•《应用光学第2版》（庞泉光主编，清华大学出版社）•《光学工程手册》（宋士刚主编，机械工业出版社）•《现代光学基础》（曹必信著，科学出版社）6. 参考文献1.J. W. Goodman, “Introduction to Fourier Optics”,3rd ed., Roberts and Company Publishers, 2005.2.J. E. Greivenkamp, “Field Guide to GeometricalOptics”, SPIE Optical Engineering Press, 2004.3.A. Papoulis, S. U. Pill, “Probability, Random Variables and Stochastic Processes”, 4th ed., McGraw-Hill Education, 2002.。
应用光学第四版课程设计
应用光学第四版课程设计一、引言应用光学是光学的一个分支，它研究如何将光学原理应用到实际问题中去。
在现代科技领域，应用光学的应用越来越广泛，包括激光、光纤通信、生物医学、光学检测等诸多领域。
《应用光学》第四版是应用光学领域中非常重要的一本教材。
本文将针对该教材，进行一次课程设计，以期帮助学生更好地理解和掌握该领域的知识。
二、教学目标本次课程设计的教学目标为：•让学生了解应用光学的基本原理和应用方法；•引导学生掌握激光的基本原理和技术应用；•通过案例分析和实验操作，让学生进一步了解应用光学在现实生活中的广泛应用。
三、课程安排3.1 教学内容第一讲：基本光学原理•光的本质及光的产生、传播、衍射等基本原理；•衰减及反射、透射光的基本概念；•简单光学元件如凸透镜、凹透镜的光学原理。
第二讲：激光基础•激光的定义及发射原理；•激光的光学特性及其应用；•不同类型激光分别适用于哪些领域。
第三讲：激光技术与应用•激光加工、激光切割及激光打标的原理及应用；•激光在医疗、通信、检测、军事等领域的应用案例。
第四讲：应用光学实验•光阑实验；•牛顿环实验；•反射、折射实验。
3.2 教学方法为了使学生更好地掌握应用光学的基本原理和方法，我们将采用以下教学方法：•理论讲解，引导学生了解基本的光学原理和应用方法；•案例分析，让学生进一步了解应用光学在实际生活中的应用；•实验操作，让学生通过实验进一步巩固所学内容。
四、考核方式为了确保学生对于应用光学的掌握，我们将采用以下考核方式：•期末考试：用于测试学生对于应用光学和激光技术的基本知识的掌握情况；•课程论文：要求学生撰写一篇关于某个领域内应用光学的论文，以检验学生在实际问题中运用所学知识的能力；•实验报告：要求学生撰写应用光学实验报告，以检验学生在理论基础上运用知识解决实际问题的能力。
五、教学资源为了保证教学质量，我们将利用以下教学资源：•课本：《应用光学第四版》；•视频教学资源：如MOOC平台上的相关应用光学课程视频；•实验室：学校的光学实验室和物理实验室。
应用光学课程设计-1-40
视场：; 出瞳直径：d = 5mm ; 镜目距：p = 25mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.54棱镜出射面与分划板距离：a = 10 mm；棱镜和材料: 施密特屋脊棱镜(k = 3.04) 材料：k9目镜：2-35N0.2 10 倍炮对镜：视场：; 出瞳直径：d = 5mm ; 镜目距：p = 25mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.55棱镜出射面与分划板距离：a = 42mm；棱镜和材料: 靴型屋屋脊棱镜(k = 2.98)，材料：k9目镜：2-35N0.3 10 倍潜望镜：视场：; 出瞳直径：d = 5mm ; 镜目距：p = 25mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.55棱镜出射面与分划板距离：a = 45 mm；潜望高：300 mm棱镜和材料: 普罗11型棱镜(k = 3.0)，材料：k9目镜：2-35N0.4 10 倍潜望镜：视场：; 出瞳直径：d = 5mm ; 镜目距：p = 25mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.575 ，棱镜出射面与分划板距离：a = 45 mm；潜望高：300 mm棱镜和材料: 五角屋脊棱镜(k = 4.233)，材料：K9目镜：2-35视场：; 出瞳直径：d = 5mm ; 镜目距：p = 25mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.64棱镜出射面与分划板距离：a = 10 mm；棱镜和材料: D1J-450屋脊棱镜(k = 3.552)，材料：Bak7目镜：2-35N0.6 10 倍观察镜：视场：; 出瞳直径：d = 5mm ; 镜目距：p = 25mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.64棱镜出射面与分划板距离：a = 10 mm；棱镜和材料: D1J-600屋脊棱镜(k = 2.646)，材料：k9目镜：2-35N0.7 10 倍观察镜：视场：; 出瞳直径：d = 5mm ; 镜目距：p = 25mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.64棱镜出射面与分划板距离：a = 10 mm；棱镜和材料: D1J-800屋脊棱镜(k = 1.96)，材料：Bak7目镜：2-35N0.8 10 倍双目望远镜：视场：; 出瞳直径：d = 5mm ; 镜目距：p = 25mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.54棱镜出射面与分划板距离：a = 28 mm；棱镜和材料: 普罗1型棱镜(k = 4)，材料：k9目镜：2-35视场：; 出瞳直径：d = 5mm ; 镜目距：p = 25mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.47棱镜出射面与分划板距离：a = 43 mm；棱镜和材料: 靴型屋脊棱镜(k = 2.98)，材料：k9目镜：2-28N0.10 10 倍双目望远镜：视场：; 出瞳直径：d = 5mm ; 镜目距：p = 19.5mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.52棱镜出射面与分划板距离：a =25mm；棱镜和材料: 普罗1型棱镜(k = 4)，材料：k9目镜：2-28N0.11 10 倍观察镜：视场：; 出瞳直径：d = 4.5mm ; 镜目距：p = 19.5mm 分辨率：渐晕系数：k = 0.51棱镜出射面与分划板距离：a = 10mm;棱镜和材料: D1J-800屋脊棱镜(k = 1.96)，材料：Bak7目镜：2-28N0.12 10 倍观察镜：视场：; 出瞳直径：d = 5mm ; 镜目距：p = 25mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.53棱镜出射面与分划板距离：a = 10 mm；棱镜和材料: 别汉屋脊棱镜(k = 5.7)，材料：Bak7目镜：2-28N0.13 10 倍观察镜：视场：; 出瞳直径：d = 5mm ; 镜目距：p = 25mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.53棱镜出射面与分划板距离：a = 10 mm；棱镜和材料: 阿贝屋脊棱镜(k =5.196)，材料：Bak7目镜：2-28N0.14 10 倍观察镜：视场：; 出瞳直径：d = 5mm ; 镜目距：p = 25mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.53棱镜出射面与分划板距离：a = 10 mm；棱镜和材料: 列曼屋脊棱镜(k = 5.196)，材料：Bak7目镜：2-28N0.15 10 倍观察镜：视场：; 出瞳直径：d = 4mm ; 镜目距：p = 10.5mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.58棱镜出射面与分划板距离：a = 10 mm；棱镜和材料: 斯密特屋脊棱镜(k = 3.04)，材料：k9目镜：2-25N0.16 10 倍观察镜：视场：; 出瞳直径：d = 4mm ; 镜目距：p = 10.5mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.5棱镜出射面与分划板距离：a = 10 mm；棱镜和材料: D1J-450屋脊棱镜(k = 3.558)，材料：k9目镜：2-25N0.17 10 倍观察镜：视场：：; 出瞳直径：d = 4mm ; 镜目距：p = 10.5mm分辨率：; 渐晕系数：k = 0.42棱镜出射面与分划板距离：a = 10 mm；棱镜和材料: D1J-600屋脊棱镜(k = 2.646)，材料：k9目镜：2-25N0.18 10 倍观察镜：视场：; 出瞳直径：d = 4mm ; 镜目距：p = 10.5mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.5棱镜出射面与分划板距离：a = 10 mm；棱镜和材料: D1J-800屋脊棱镜(k = 1.96)，材料：Bak7目镜：2-25N0.19 10 倍观察镜：视场：; 出瞳直径：d = 4mm ; 镜目距：p = 10.5mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.5棱镜出射面与分划板距离：a = 10 mm；棱镜和材料: 别汉屋脊棱镜(k = 5.7)，材料：Bak7目镜：2-25N0.20 10 倍观察镜：视场：; 出瞳直径：d = 4mm ; 镜目距：p = 10.5mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.5棱镜出射面与分划板距离：a = 10 mm；棱镜和材料: 阿贝屋脊棱镜(k = 5.196)，材料：Bak7目镜：2-25N0.21 10 倍双目望远镜：视场：; 出瞳直径：d = 4mm ; 镜目距：p = 10.5mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.6棱镜和材料: 普罗1棱镜(k = 4)，材料：Bak7目镜：2-25N0.22 10 倍潜望镜：视场：; 出瞳直径：d = 4mm ; 镜目距：p = 10.5mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.5棱镜出射面与分划板距离：a = 30 mm；棱镜和材料: 普罗11棱镜(k = 3)，材料：k9目镜：2-28潜望高：300mmN0.23 10 倍观察镜：视场：; 出瞳直径：d = 4mm ; 镜目距：p = 10.5mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.5棱镜出射面与分划板距离：a = 10 mm；棱镜和材料: 斯密特屋脊棱镜(k = 3.04)，材料：k9目镜：2-28N0.24 10 倍观察镜：视场：; 出瞳直径：d = 4mm ; 镜目距：p = 10.5mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.5棱镜出射面与分划板距离：a = 10 mm；棱镜和材料: D1J-450屋脊棱镜(k = 3.558)，材料：Bak7目镜：2-28N0.25 10 倍观察镜：视场：; 出瞳直径：d = 4mm ; 镜目距：p = 10.5mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.5棱镜和材料: D1J-600屋脊棱镜(k = 2.646)，材料：k9目镜：2-28N0.26 8 倍观察镜：视场：; 出瞳直径：d = 4mm ; 镜目距：p = 10.5mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.5棱镜出射面与分划板距离：a = 10 mm；棱镜和材料: 别汉屋脊棱镜(k = 5.7)，材料：k9目镜：2-28N0.27 8 倍观察镜：视场：; 出瞳直径：d = 4mm ; 镜目距：p = 10.5mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.5棱镜出射面与分划板距离：a = 10 mm；棱镜和材料: D1J-800 屋脊棱镜(k = 1.96)，材料：k9目镜：2-28N0.28 8 倍观察镜：视场：; 出瞳直径：d = 4mm ; 镜目距：p = 10.5mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.5棱镜出射面与分划板距离：a = 15mm；棱镜和材料: 阿贝屋脊棱镜(k = 5.196)，材料：k9目镜：2-28N0.29 8 倍观察镜：视场：; 出瞳直径：d = 4mm ; 镜目距：p = 10.5mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.5棱镜出射面与分划板距离：a = 15 mm；棱镜和材料: 别汉屋脊棱镜(k = 5.7)，材料：k9目镜：2-28N0.30 8 倍观察镜：视场：; 出瞳直径：d = 4mm ; 镜目距：p = 10.5mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.5棱镜出射面与分划板距离：a = 15 mm；棱镜和材料: 列曼屋脊棱镜(k = 5.196)，材料：k9目镜：2-28N0.31 8 倍双目望远镜：视场：; 出瞳直径：d = 4mm ; 镜目距：p = 10.5mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.5棱镜出射面与分划板距离：a = 26.3 mm；棱镜和材料: 保罗1棱镜(k = 4)，材料：Bak7目镜：2-28N0.32 8 倍炮对镜：视场：; 出瞳直径：d = 4mm ; 镜目距：p = 10.5mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.5棱镜出射面与分划板距离：a = 41.6 mm；棱镜和材料: 靴型屋脊棱镜(k = 2.98)，材料：k9目镜：2-28N0.33 8 倍观察镜：视场：; 出瞳直径：d = 4mm ; 镜目距：p = 10.5mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.5棱镜出射面与分划板距离：a = 10 mm；棱镜和材料: 斯密特屋脊棱镜(k = 3.04)，材料：k9目镜：2-28N0.34 8 倍观察镜：视场：; 出瞳直径：d = 4mm ; 镜目距：p = 10.5mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.5棱镜出射面与分划板距离：a = 10 mm；棱镜和材料: 列曼屋脊棱镜(k = 4.619)，材料：k9目镜：2-28N0.35 8 倍观察镜：视场：; 出瞳直径：d = 4mm ; 镜目距：p = 10.5mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.5棱镜出射面与分划板距离：a = 10 mm；棱镜和材料: 阿贝屋脊棱镜(k = 5.196)，材料：k9目镜：2-28N0.36 8 倍双目望远镜：视场：; 出瞳直径：d = 4mm ; 镜目距：p = 10.5mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.5棱镜出射面与分划板距离：a = 25mm；棱镜和材料: 保罗1棱镜(k = 4)，材料：k9目镜：2-25N0.37 8 倍双目望远镜：视场：; 出瞳直径：d = 4mm ; 镜目距：p = 10.5mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.5棱镜出射面与分划板距离：a = 10 mm；棱镜和材料: 列曼屋脊棱镜(k = 5.196)，材料：k9目镜：2-25N0.38 8 倍双目望远镜：视场：; 出瞳直径：d = 4mm ; 镜目距：p = 10.5mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.5棱镜出射面与分划板距离：a = 10 mm；棱镜和材料: 阿贝屋脊棱镜(k = 5.196)，材料：k9目镜：2-25N0.39 8 倍双目望远镜：视场：; 出瞳直径：d = 4mm ; 镜目距：p = 10.5mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.5棱镜出射面与分划板距离：a = 10 mm；棱镜和材料: 别汉屋脊棱镜(k = 5.7)，材料：k9目镜：2-25N0.40 8 倍双目望远镜：视场：; 出瞳直径：d = 4mm ; 镜目距：p = 10.5mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.5棱镜出射面与分划板距离：a = 25.3 mm；棱镜和材料: 保罗1棱镜(k = 4)，材料：k9目镜：2-13目镜2-352w = 500f’= 25D’=6mmP’/f’ = 1.036目镜2-282w = 570f’= 20.216D’=5mmP’/f’ = 1.042目镜2-252w = 640f’= 15.597D’=4mmP’/f’ = 0.733棱镜b 计算：薄透镜：厚透镜：或 dWhere:。
应用光学课程设计-学生资料
一、 在平行光路中工作的棱镜，绕垂直于棱镜主截面的z轴转 动
平行光路中，只需要考虑像空间的方向，而不用考虑其位置 P和P′都看作自由向量。根据转动定理
y
z
x
z’
y’
x’
［例一］ 在下图中，棱镜2、3一起绕O1O2转θ,然后棱镜3 再按同一方向绕O4O3转θ，求出射光轴的方向和像的方向 的变化。
①先确定棱镜转动前的成像方向。属于单一主截面的系统， 没有屋脊面， z′与z同向。光轴同向，总反射次数为偶数， 根据物像相似的关系，y′与y也同向。
y
z
x
当棱镜绕z轴转θ时，如果反射次数为偶数，则像空间方
向不变，如果反射次数为奇数，则像空间绕z轴转2θ。和讨
论平面镜旋转时结论完全相同。
在屋脊棱镜的情形，P=z,P′=z′=-z，得 ：
［A′］=［(-1)n-1θP′］+［θP］=［(-1)nθz］+[θz］
当总反射次数n为偶数时， ［A′］=[θz］+［θz］=0
当入射和出射光轴平行反向，棱镜绕光轴转θ，反射 次数n为偶数时像转2θ，反射次数n为奇数时像不转。
y
z
x
x’ z’ y’
三、 出射和入射光轴垂直，棱镜绕入射光轴转动
有: P=x,P′=x′ 得： ［A′］=［(-1)n-1θx′］+［θx］ 当n为偶数时: ［A′］=［-θx′］+［θx］ 当n为奇数时: ［A′］=［θx′］+［θx］ 当入射和出射光轴垂直时，棱镜绕入射光轴转θ ，如果反 射次数为偶数，像空间首先绕出射光轴统-θ，然后绕入射光 轴转θ；如果反射次数为奇数，则像空间首先绕出射光轴转θ， 然后再绕入射光轴转θ。
(吕军)课程设计--设计8倍观察镜
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 杨菁院 （系） 理学院 专业班级 光信11-1班学生姓名 聂鸿坤 学号 200111021023 设计日期课程设计题目 设计一个8倍的观察镜一、 光学系统的技术要求全视场： 2ω=6°出瞳直径： D ´=5mm出瞳距离： l z ´=20mm分辨率： α=6"渐晕系数： k =0.61棱镜的出射面与分划板之间的距离： a =15棱镜为列曼屋脊棱镜，材料已知为K9；目选为2-28二、 目镜的计算目镜是显微系统和望远系统非常重要的一个组成部分，但目镜本身一般不需要设计，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。
根据已知的视放大率求出2ω´，即：tan ω´=Γ·tan ω,代入以上数据可求出ω´=22°44´，所以2ω´=45°28´。
本次所用目镜已知为目镜2-28，从《光学仪器设计手册》上可以得到相关数据，如：目镜焦距'2f =20.216，目镜系统的厚度d 目=29等三、 物镜的计算1、根据目镜焦距'2f 求取物镜焦距'1f ：由 Γ='1f /'2f 带入数据可得：'1f =20.216×8=161.728mm2、物镜的通光口径：由Γ= D/ D ´带入数据得: D=5×8=40mm3、物镜的相对孔径D/'1f :根据题目所给的视场大小和相对孔径的大小可选为双胶合物镜，其结构如下图：相对孔径：D/'1f =40/161.278=0.2437mm四、 计算分划板1、分划板的直径：D 分=2tan ω×'1f =2×tan 3×161.728=16.95mm2、根据《光学仪器设计手册》可查的D 分∈（10,18）时其厚度d 分及公差值为2±0.3(mm)3、分辨率α：α=140"/ D=140"/40=3.5"<6"符合要求。
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 10xΓ= （2）全视场 26oω=（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。
应用光学课程设计---双筒棱镜望远镜设计
应用光学课程设计一、设计题目双筒棱镜望远镜设计（望远镜的物镜和目镜的选型和设计）二、本课程设计的目的和要求1、综合运用课程的基本理论知识，进一步培养理论联系实际的能力和独立工作的能力。
2、初步掌握简单的、典型的、与新型系统设计的基本技能，熟练掌握光线光路计算技能，了解并熟悉光学设计中所有例行工作，如数据结果处理、像差曲线绘制、光学零件技术要求等。
3、巩固和消化课程中所学的知识，初步了解新型光学系统的特点，为学习专业课与进行毕业设计打下好的基础。
三、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′=8～10mm四、设计报告撰写内容本课程设计要求以设计报告形式完成以下工作：1、认真学习相关像差理论和光学设计知识，做好笔记，完成例题作业并上交；2、根据所讲内容进行本设计具体参数以及结构形式的选择，说明选择理论依据；3、进行本设计的外形尺寸计算，要求写明计算过程；4、使用PW法进行初始结构参数r、d、n的求解，要求写明计算过程；5、计算本设计的像差容限，使用Tcos软件完成设计的模拟和计算，手工修改结构参数进行像差的校正；6、绘制相应的像差曲线图和计算数据报表；7、写出本次课程设计的心得体会。
第5章 望远系统设计范例题目：双筒棱镜望远镜设计（望远镜的物镜和目镜的选型和设计） 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 。
应用光学课程设计-张一鸣
应用光学课程设计——火炮周视瞄准镜设计学院：光电学院班级：04011609姓名：张一鸣学号：1120161069 日期：2017年9月10日目录一、火炮周视瞄准镜概述 (1)二、光学系统的技术要求 (1)1.1光学系统特性的主要参数 (1)1.2主要参数的大致说明 (2)三、光学系统的设计计算内容 (2)四、光学系统的参数总结 (11)五、光学系统的原理示意图 (12)六、工程伦理与职业道德 (12)七、环境与可持续性 (13)八、技术与社会 (13)九、法律与法规 (13)十、个人与团体 (14)十一、参考文献 (14)十二、附录 (14)棱镜转动定理 (14)一、火炮周视瞄准镜概述火炮周视瞄准镜作为一种广泛应用于军事领域的、起着重要作战作用的军用瞄准镜，可以配备于多种作战炮类武器，比如加农炮、加榴炮、火箭炮、榴弹炮等等。
它可以用于车内观察，也可以标定方向，它与高低脚装定装置一起构成独立线式火炮瞄准具。
火炮周视瞄准镜，顾名思义，具有周视性能，从而可以达到扩大观察范围，全方位观察周围情况的目的。
并且由于其自身设计的原因，我方炮兵不用改变自己的位置和方向，就可以观察到四周，并且可以精确的指示目标和瞄准射击。
因此，周视瞄准镜是一种使用的军用光学仪器。
二、光学系统的技术要求2.1光学系统特性的主要参数：视放大率： ⨯=Γ7.3物方视场角： ︒=102ω出瞳直径： mm D 4'=出瞳距离： mm l z 20'≥潜望高： mm H 185=要求成正像：光学系统要求实现：俯仰瞄准范围︒±18水平瞄准范围︒360俯仰和周视中观察位置不变渐晕系数： 5.0=K2.2主要参数的大致说明：1、视放大率3.7是角放大率，光学系统具有扩大视角的作用，同时必须保证一定的分辨角，满足仪器的精度要求。
2、视场角︒10，代表望远系统能够同时观察到的最大范围。
3、出瞳直径4mm ，应不小于人眼的瞳孔的直径（白天约2mm ，黄昏约4~5mm ，夜间可达到8mm ），从主观光亮度的要求出发，大部分军用观察瞄准仪器都要求能够在白天喝黄昏同时使用，因此取4mm 。
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应用光学课程设计一.题目：8倍观察镜的设计 二.设计要求全视场： 2ω=7°； 出瞳直径： d=5mm ； 镜目距： p=20mm ； 鉴别率：α=''6； 渐晕系数： k=0.55；棱镜的出射面与分划板之间的距离：a=10mm ； 棱镜：别汉屋脊棱镜，材料为K10； 目镜：2-28。
三.设计过程 （一）目镜的计算 1.目镜的视场角︒=⇒⎪⎪⎭⎪⎪⎬⎫==Γ1451.52'25.3tan 'tan 8tan 'tan ωωωω 2.由于目镜存在负畸变（3%～5%），所以目镜的实际视场角为：︒=⨯=+=7524.5405.11451.52%51'22'）（实际ωω3.目镜的选型：目镜2-28如下图所示：相应的系统参数为：mm f 216.20'=；︒=57'2ω；mm S f 49.4'=；mm d 5=其结构参数如下表所示：4.目镜倒置目镜倒置后的结构参数如下表所示：5.手动追迹光线，求出倒置后的S f’用l 表进行目镜近轴光的追迹，如下表所示： 通过光线追迹得到S f’=18.276mm 6.计算出瞳距p ’望远系统的结构图如图所示：由于孔径光阑是物镜框，则孔径光阑经目镜所成的像为出瞳，则Γ+=⇒Γ=-⇒-=-⇒⎪⎭⎪⎬⎫=-=-='2''2''2''1'22''1')'()'('''f S p f S p f S p f f f xx S p x f x f f f fmmp 803.208216.202760.18'=+= 求得的出瞳距mm p 803.20'=与设计要求mm p 20'=较接近，因此选择的目镜满足要求。
（二）物镜的计算 1.物镜焦距mm f f f f e o eo 728.161216.208''''=⨯=⋅Γ=⇒=Γ2.物镜视场2ω=7° 3.物镜入瞳直径mm d D dDD D 4058'=⨯=⋅Γ=⇒==Γ 4.物镜的相对孔径0432.411''==D f f D o o5.物镜的选型本设计的相对孔径和视场角都不大，可以选择较简单的双胶合物镜结构形式。
如图所示：（三）分划板的计算 1.分划板直径：分划板放置在物镜的像方焦平面处，如图所示：mm f D o 7834.19728.1615.3tan 2tan 2'=⨯︒⨯=⋅=ω分2.分划板厚度d 分及其公差根据分划板直径D 分=19.7834mm ，查下表得d 分=3±0.5mm 3.鉴别率''6''5.340''140''140<===D α 因此，满足要求。
（四）棱镜的计算 1.棱镜的选型别汉屋脊棱镜，材料为K10，如图所示：D L 155.5=2.棱镜的展开长度155.5=⇒⨯=K D K L 棱3.棱D 的求取，如图所示：⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧===+=++==⨯-⨯=⋅-=182.51155.5//01370572.09204572.19tan )(200685286.0728.16127834.194055.02tan '1棱棱分棱分D n KD n L d d d a D D f D kD oαα mm 9275.820=⇒棱D由于棱镜需要安装固定，因此棱镜的实际使用棱D 应在求得值基础上适当增大，可取增量2mm ，将值进行规整得：mm D 23=棱，mm d 9407.70=，mm L 702.107=4.求b 值初步确定系统的结构形式如图所示：mm d a f b o 7873.809407.7010728.161'=--=--=四.像差计算望远镜物镜属于小像差系统，因此只考虑球差、正弦差及位置色差。
（一）棱镜初级像差（1）'m u 如图所示：123664.0728.161202tan ''===o mf D u 物 rad u m 12304.004966.7'=︒=⇒（2）z u 如图所示：rad u z 061087.05.3-=︒-=-=ω（3）棱镜的球差mm Lu n n LA m 304.012304.0702.1075182.1215182.1212322'32'=⨯⨯⨯-=-=棱（4）棱镜的正弦差mm y u LA y u Lu n n SC z z m 001877.027834.19061087.0304.0''21'2'32'-=-⨯=⨯=⨯-=棱棱（5）棱镜的位置色差mm n n LL n n L DFCFC 41075.05182.115182.195.58702.1071222'=-⨯=-⨯=⨯=∆νδ棱 （6）拉赫不变量21707.127834.1912304.01'1=⨯⨯==y u n J m（二）物镜初级像差 （1）物镜的球差mm LA LA 304.0'-=-=棱‘物（2）物镜的正弦差mm SC SC 001877.0=-=‘棱’物（3）物镜的位置色差mm L L FC FC 41075.0'-=∆-=∆棱‘物（三）双胶合物镜的结构参数 （1）像差系数球差系数：()009204.0304.012304.012'22'2'1=-⨯⨯⨯-=⨯-=∑物ⅠLA u n S mk正弦差系数：004569.0001877.021707.122'1-=⨯⨯-=⨯-=∑物ⅡSC J S k位置色差系数：()006218.041075.012304.01'22'1=-⨯⨯-=∆⨯-=∑’物ⅠFC m k L u n C （2）规化的P 、W 、C 、0P由于望远系统对无穷远成像，因此有P P =∞，W W =∞()⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧=+-⨯-=+-==⨯=Φ=-=⨯⨯-=Φ==⨯=Φ=∞∞∑∑∑22535.01.024548.085.024334.0)1.0(85.0002514.0728.161/120006218.024548.021707.1728.161/120004569.024334.0728.161/120009204.0222222223434W P P h C C J h S W h S P ⅠⅡⅠ （3）选取玻璃对组合《光学仪器设计手册》第108页有不同的玻璃对组合，选择与0P 值最接近的玻璃对组合作为双胶合的材料。
玻璃对的选择采用内插法如图所示：（至少选择8组）2202121C C P P C C P P --=--)005.0,002.0(002514.0⊂=C①⎪⎩⎪⎨⎧==-==+938.0,005.0053.0,002.0292211P C P C F K002486.0938.0003.0938.0053.00--=---P 11679.00=⇒P②⎪⎩⎪⎨⎧==-==+96.0,005.0012.0,002.0392211P C P C F K002486.096.0003.096.0012.00--=---P 154536.00=⇒P ③⎪⎩⎪⎨⎧====+983.0,005.0032.0,002.0492211P C P C F K002486.0983.0003.0983.0032.00--=--P 194938.00=⇒P ④⎪⎩⎪⎨⎧====+018.1,005.0098.0,002.0592211P C P C F K002486.0018.1003.0018.1098.00--=--P 255626.00=⇒P⑤⎪⎩⎪⎨⎧====+184.1,005.041.0,002.0192211P C P C ZF K002486.0184.1003.0184.141.00--=--P 54261.00=⇒P ⑥⎪⎩⎪⎨⎧====+306.1,005.0637.0,002.0292211P C P C ZF K002486.0306.1003.0306.1637.00--=--P 75162.00=⇒P⑦⎪⎩⎪⎨⎧====+49.1,005.0977.0,002.0392211P C P C ZF K002486.049.1003.049.1977.00--=--P 06489.10=⇒P⑧⎪⎩⎪⎨⎧-==-==+014.0,005.0626.1,002.02102211P C P C F K002486.0014.0003.0014.0626.10-+=-+-P 34981.10-=⇒P 综上，第三组K9+F4求得的0P 值与要求最接近，因此选择该玻璃对作为双胶合物镜的玻璃材料。
（4）玻璃对确定后，记录下该组合所对应的参数量值：1φ、A 、B 、C 、K 、0Q 、0W ⎩⎨⎧==1.645163.19νn K ，⎩⎨⎧==3.366199.14νn F 同样采用内插法，求出C 所对应的1φ、A 、B 、C 、K 、0Q 、0W 值（5）形状系数2498.6439913.44114.2194938.024334.054081.4001--=-±-=-±=∞或A P P Q Q 63785.47057.1079953.024548.054081.4'00-=+-+-=-+=∞K W W Q Q1Q 值选取与'Q 接近的值，即68249.41-=Q66017.4263785.468249.42'1-=--=+=Q Q Q（6）求双胶合各面的曲率半径⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧-=---⨯-=--+-==-⨯-=+-=-=-=+=797868.016199.1166017.409534.216199.16199.111149355.166017.409534.215163.15163.1156483.266017.409534.221223111112n Q n n Q n n Q φρφρφρ（7）半径缩放⎪⎩⎪⎨⎧-=-==-=-=====mm f r mm f r mm f r o o o 7002.20244526.0728.161056.6356483.2728.1612843.10849355.1728.1613'32'21'1ρρρ （8）手动光线追迹用l 表进行双胶合物镜近轴光的追迹。