10倍的双目望远镜_光学设计-

设计一种8倍的双目望远镜设计题目规定： 设计一种8倍的双目望远镜，其设计规定如下：全视场：2=5； 出瞳直径：D=5mm；出瞳距离：lz=20mm；辨别率：=6；(R=5)渐晕系数：K=0.64；棱镜的出射面与分划板之间的距离：a=10mm；棱镜：屋脊棱镜；L=2.646D材料：K10；目镜：2-35 一、目镜的计算目镜是显微系统和望远系统非常重要的一种构成部分，但目镜自身一般并不需要设计，当系统需要使用目镜时，只要根据技术规定进行相应类型的选用即可。 1、一方面根据已知的视觉放大倍数及视场2，求出2 2、由于目镜有负畸变（3%5%），因此实际应取： 3、根据实际所需要的2数值。出瞳直径值及镜目距值等，来选择合适的目镜类型。在本次设计中所需的目镜的构造形式应当作为已知条件给出，如：目镜2-35。 图2-1目镜2-35（构造图见2-1）此外设计手册中还提供有有关的构造数据参数表2-1及重要的系统数据；表2-1108.65061.516364.127.4-33.310.228.3108.65021.619936.329.421.81011.51.516364.129.7-41.720.230.224.91013.51.516364.129.3-24.9102.51.619936.326.733.31023.3等。从图2-2中我们不难发现该目镜的出瞳位于整个系统的左侧，而在目镜的实际运用中，出瞳应位于系统右侧。此种状况相称于将目镜倒置，故而它所给出的我们不能直接加以运用，这里是指与目镜最后一面之间的距离。4、将手册中给的目镜倒置：由于将目镜倒置，则目镜的数据将发生一定的变化，以目镜2-35为例，本来的第一种折射面（）变为第八个面（），本来的第二个折射面（）变为第七个折射面（），以此类推。值得注意的是：不仅折射面的顺序发生变化，与此同步其半径的符号也将发生相应的变化，本来为正，则目前为负。倒置后的新的数据如下表2-2所示：-33.3102.51.619936.323.324.91013.51.516364.126.7-24.9100.229.341.7211.51.516364.130.2-21.81021.619936.329.7-108.6500.229.433.3161.516364.128.3-108.65027.45、进行追迹光线，求出倒置后的：追迹过程:用MATLAB编写程序如下l=;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= u=0; if r(j)=0 continue; else i=y/r(j); i2=i*n(j)/n(j+1); u2=i+u-i2; 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*(l-r(j)/r(j); i2=i*n(j)/n(j+1); u2=i+u-i2; l2=i2*r(j)/u2+r(j); end end fprintf(l=%f,u=%f,i=%f,i2=%f,u2=%f,l2=%fn,l,u,i,i2,u2,l2); if length(d)=j l=l2-d(j); else l=l2; fprintf(finished:Sf=%f,l); end u=u2;end追迹成果:1 surface :l=.000000,u=0.000000,i=-0.300210,i2=-0.185326,u2=-0.114884,l2=-87.0444732 surface :l=-89.544473,u=-0.114884,i=0.527859,i2=0.563924,u2=-0.150949,l2=-68.1500783 surface :l=-81.650078,u=-0.150949,i=-0.343833,i2=-0.521354,u2=0.026572,l2=463.8423764 surface :l=463.642376,u=0.026572,i=0.268724,i2=0.177223,u2=0.118072,l2=104.3407465 surface :l=92.840746,u=0.118072,i=-0.620680,i2=-0.580985,u2=0.078377,l2=139.8617236 surface :l=137.861723,u=0.078377,i=-0.177826,i2=-0.288060,u2=0.188611,l2=57.2880227 surface :l=57.088022,u=0.188611,i=0.134638,i2=0.088794,u2=0.234455,l2=45.9253018 surface :l=39.925301,u=0.234455,i=-0.320609,i2=-0.486140,u2=0.399985,l2=23.402553finished:Lf=23.402553 得到目镜倒置后的值为（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是追迹光路中的最后一种面的像距值）。6、计算出瞳距：望远系统的简朴构造图如下所示：图2-2由于一般状况下望远系统的孔径光阑是物镜的边框，则根据出瞳的定义：孔径光阑经背面的光学系统在像空间所成的像是出瞳，如上图所示。则有：公式中的分别是指计算出瞳位置时的物距和像距。则根据牛顿公式有：根据所求得的出瞳距=25.902553，与题目规定的出瞳距值进行比较。发现两者比较接近，则觉得所选择的目镜基本满足规定，从而最后拟定了目镜的构造类型。二、选择物镜的构造形式以及某些重要数据1、根据目镜焦距求取物镜焦距：=25.00x10=250 2、求物镜的视场2：从题意中得出。 2=53、求物镜的通光孔径：求得D=50mm公式中的（是题中所给出的出瞳直径值） 4、 求取物镜的相对孔径： D/=50/200=0.25mm5、根据题目所给出的视场大小及相对孔径的大小选择物镜所需的构造形式。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。双胶合物镜的构造形式如下图2-3所示：图2-36、物镜设计选择K9（，）和 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：=17.46mm2、 查表求取分划板厚度及其公差值。所求的厚度及公差值为20.3 3、求鉴别率：求的 = 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，我们加入的是棱镜转像系统。棱镜转像系统应置于物镜的像平面附近，为了不使棱镜上的疵病反映到物镜中，还要使棱镜离开像平面一定距离，即题中所给出的a值（棱镜出射面与分划板的距离）。如果无特殊规定，棱镜的位置应位于横向尺寸最小的地方。1、棱镜的选择本课程设计中棱镜的类型及所用光材已作为已知条件给出。而多种常用的棱镜构造示意图位于光学仪器设计手册上册P83页的图表中，此外在图标中还标明了棱镜各参数的数值大小。本设计中棱镜的类型采用的是屋脊棱镜；L=2.646D图2-42、棱镜的展开：图2-5屋脊棱镜,展开长度: L=2.646，是棱镜的等效空气平板厚度, K=0.64 是渐晕系数; a=10mm棱镜的出射面与分划板之间的距离 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构造通过以上分析，初步拟定系统构造形式如下图所示：最后计算成果：目镜：f=25mm =镜目距: P=25.902553mm物镜：f=250mm 2=5 D=50mm分划板：D=16.35mm棱镜: D1=mm D2=mm L=mm物镜到棱镜第一面距离：t=204.960555mm通过以上分析，初步拟定系统构造形式如下图所示：5mm40mm普罗型棱镜20.24mm19.48mm出瞳L=53.13mm50mm物镜t=204.96055mm屋脊棱镜10mmP=25.902553mm目镜16.35mm分划板图7 10倍双目望远镜光学系统构造简图六、设计总结 本次光学设计我感受颇多，真正感受到自己知识的局限性，此前听学时记得很熟的东西，已经记不起多少了，基本的问题还好解决，但是难度大某些的问题，就只能查找答案了，光学系统的设计一定要根据参数选择合适的棱镜组合方案，根据数据求出每一种量。每一种数据要尽量精确，在作图时要标明数据和器件名称，此外设计的格式也很重要。在做光学设计的过程中，我体会到了用所学知识解决实际问题的成就感，也结识到了自己局限性的地方。诸多问题都是在同窗之间的讨论中解决的，这也增长了人们对设计的理解。