10倍的双目望远镜_光学设计-

设计一个8倍得双目望远镜
设计题目要求:
设计一个8倍得双目望远镜,其设计要求如下:
全视场:2ω=5º; 出瞳直径:D ´=5mm; 出瞳距离:l z ´=20mm; 分辨率:α=6";(R=5") 渐晕系数:K =0、64;
棱镜得出射面与分划板之间得距离:a =10mm; 棱镜:屋脊棱镜;L=2、646D 材料:K10; 目镜:235
一、目镜得计算
目镜就是显微系统与望远系统非常重要得一个组成部分,但目镜本身一般并不需要设计,当系统需要使用目镜时,只要根据技术要求进行相应类型得选取即可。

1、首先根据已知得视觉放大倍数Γ及视场2,求出2
2、因为目镜有负畸变(3%~5%),所以实际应取:
'962%5)(2)(22︒=⨯⨯Γ+⨯Γ='ωωωtg arctg tg arctg
3、根据实际所需要得2数值。

出瞳直径值及镜目距值等,来选择合适得目镜类型。

在本次设计中所需得目镜得结构形式应该作为已知条件给出,如:目镜235。

图21
目镜235(结构图见21)
此外设计手册中还提供有相关得结构数据参数表21及主要得系统数据; 表21
等。

从图22中我们不难发现该目镜得出瞳位于整个系统得左侧,而在目镜得实际运用中,出瞳应位于系统右侧。

此种情况相当于将目镜倒置,故而它所给出得我们不能直接加以运用,这里就是指与目镜最后一面之间得距离。

4、将手册中给得目镜倒置:
由于将目镜倒置,则目镜得数据将发生一定得变化,以目镜235为例,原来得第一个折射面变为第八个面,原来得第二个折射面变为第七个折射面……,以此类推。

值得注意得就是:不但折射面得次序发生变化,与此同时其半径得符号也将发生相应得改变,原来为正,则现在为负。

倒置后得新得数据如下表22所示:
5、进行追迹光线,求出倒置后得:
追迹过程:用MATLAB编写程序如下
l=1;
u=0;
y=5;
r=[33、310 24、910 24、910 41、72 21、810 108、650 33、310 108、650];
d=[2、5 13、5 0、2 11、5 2 0、2 6];
n=[1 1、6199 1、5163 1 1、5163 1、6199 1 1、5163 1];
len=length(r);
for j=1:len
fprintf('%d surface :\n',j);
if l>=10000000000
u=0;
if r(j)==0
continue;
else
i=y/r(j);
i2=i*n(j)/n(j+1);
u2=i+ui2;
l2=i2*r(j)/u2+r(j);
end
else
if r(j)==0
i=u;
i2=i*n(j)/n(j+1);
u2=i2;
l2=l*u/u2;
else
i=u*(lr(j))/r(j);
i2=i*n(j)/n(j+1);
u2=i+ui2;
l2=i2*r(j)/u2+r(j);
end
end
fprintf('l=%f,u=%f,i=%f,i2=%f,u2=%f,l2=%f\n',l,u,i,i2,u2,l2);
if length(d)>=j
l=l2d(j);
else
l=l2;
fprintf('finished:Sf=%f',l);
end
u=u2;
end
追迹结果:
1 surface :
l=1、000000,u=0、000000,i=0、300210,i2=0、185326,u2=0、114884,l2=87、044473 2 surface :
l=89、544473,u=0、114884,i=0、527859,i2=0、563924,u2=0、150949,l2=68、150078 3 surface :
l=81、650078,u=0、150949,i=0、343833,i2=0、521354,u2=0、026572,l2=463、842376 4 surface :
l=463、642376,u=0、026572,i=0、268724,i2=0、177223,u2=0、118072,l2=104、340746 5 surface :
l=92、840746,u=0、118072,i=0、620680,i2=0、580985,u2=0、078377,l2=139、861723 6 surface :
l=137、861723,u=0、078377,i=0、177826,i2=0、288060,u2=0、188611,l2=57、288022 7 surface :
l=57、088022,u=0、188611,i=0、134638,i2=0、088794,u2=0、234455,l2=45、925301 8 surface :
l=39、925301,u=0、234455,i=0、320609,i2=0、486140,u2=0、399985,l2=23、402553 finished:Lf=23、402553
得到目镜倒置后得值为(指焦点F 与目镜最后一面得距离,也即指当平行光入射目镜系统就是追迹光路中得最后一个面得像距值)。

6、计算出瞳距:
望远系统得简单结构图如下所示:
图22
由于一般情况下望远系统得孔径光阑就是物镜得边框,则根据出瞳得定义:孔径光阑经后面得光学系统在像空间所成得像就是出瞳,如上图所示。

则有:
公式中得分别就是指计算出瞳位置时得物距与像距。

则根据牛顿公式有:
Γ
'+='⇒⇒Γ'=
-'⇒⇒'-=-''
-222
21)()(f s p f s p f s p f f f f 根据所求得得出瞳距=25、902553,与题目要求得出瞳距值进行比较。

发现二者比较接近,则认为所选择得目镜基本满足要求,从而最后确定了目镜得结构类型。

二、选择物镜得结构形式以及一些主要数据
1、根据目镜焦距求取物镜焦距:
==25、00x10=250
2、求物镜得视场2:从题意中得出。

2ω=5º
3、求物镜得通光孔径:
求得D=50mm
公式中得(就是题中所给出得出瞳直径值)
4、求取物镜得相对孔径:
D/=50/200=0、25mm
5、根据题目所给出得视场大小及相对孔径得大小选择物镜所需得结构形式。

在本次系统设计中由于所设计得系统得视场不大,相对孔径也不大,故可选用双胶合物镜。

双胶合物镜得结构形式如下图23所示:
图23
6、物镜设计
选择K9(,)与F5(, )作为材料
求得:
使正透镜厚度d=6mm 负透镜厚度d=3mm、
使r1= r2
得=66、19mm
得mm、
三、计算分划板
1、计算分划板直径:
=17、46mm
2、查表求取分划板厚度及其公差值。

所求得厚度及公差值为20、3
3、求鉴别率:
求得 ="
四、计算棱镜
由于开普勒望远镜系统成倒像,故尚需在整个系统中加入一转像系统,在本次设计中,我们加入得就是棱镜转像系统。

棱镜转像系统应置于物镜得像平面附近,为了不使棱镜上得疵病反映到物镜中,还要使棱镜离开像平面一定距离,即题中所给出得a值(棱镜出射面与分划板得距离)。

如果无特殊要求,棱镜得位置应位于横向尺寸最小得地方。

1、棱镜得选择
本课程设计中棱镜得类型及所用光材已作为已知条件给出。

而各种常见得棱镜结构示意图位于《光学仪器设计手册》上册P83页得图表中,此外在图标中还标明了棱镜各参数得数值大小。

本设计中棱镜得类型采用得就是屋脊棱镜;L=2、646D
图24
2、棱镜得展开:
图25
,展开长度: L=2、646,就是棱镜得等效空气平板厚度,
K=0、64 就是渐晕系数; a=10mm棱镜得出射面与分划板之间得距离棱镜材料选择K9,n=1、5163、由上述可求得:
五、10倍双目望远镜光学系统结构
通过以上分析,初步确定系统结构形式如下图所示:
最终计算结果:
目镜:f’=25mm =
镜目距: P’=25、902553mm
物镜:f’=250mm 2ω=5º D=50mm
分划板:D=16、35mm
棱镜: D
1=mm D
2
=mm L=mm
物镜到棱镜第一面距离:t=204、960555mm
通过以上分析,初步确定系统结构形式如下图所示: 屋脊棱镜
图7 10倍双目望远镜光学系统结构简图
六、设计总结
此次光学设计我感受颇多,真正感受到自己知识得不足,以前听课时记得很熟得东西,已经记不起多少了,基本得问题还好解决,但就是难度大一些得问题,就只能查找答案了,
光学系统得设计一定要根据参数选择合适得棱镜组合方案,根据数据求出每一个量。

每一个数据要尽量准确,在作图时要标明数据与器件名称,另外设计得格式也很重要。

在做光学设计得过程中,我体会到了用所学知识解决实际问题得成就感,也认识到了自己不足得地方。

很多问题都就是在同学之间得讨论中解决得,这也增加了大家对设计得理解。