應(yīng)光課程設(shè)計《10倍炮對鏡》(共14頁)

1、光學(xué)總體設(shè)計 Optical general design 題目名稱：10倍炮對鏡 學(xué) 校： 長春理工大學(xué) 學(xué) 院： 光電工程學(xué)院 專 業(yè)： 探測制導(dǎo)與控制技術(shù) 學(xué) 號： 1 姓 名： 2013.12.20目錄一、概述11、設(shè)計背景12、設(shè)計目的13、望遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)的原理和應(yīng)用1二、10倍炮對鏡的設(shè)計31. 要求32. 目鏡的選擇與計算3(1) 目鏡2-303(2) 目鏡的反轉(zhuǎn)和計算:4(3) 光線追跡法求4(4) 計算出瞳距:53. 物鏡選擇6(1) 根據(jù)目鏡焦距求取物鏡焦距6(2) 物鏡視場角6(3) 物鏡通光口徑6(4) 相對孔徑6(5) 物鏡結(jié)構(gòu)6(6) 物鏡設(shè)計：74. 分劃板的確定7

2、5. 棱鏡計算8(1) 棱鏡結(jié)構(gòu)8(2) 棱鏡展開86. 設(shè)計結(jié)果9附錄11光線追跡matlab程序11一、概述1、設(shè)計背景在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中，以典型精密透鏡、反射鏡、棱鏡等及其組合為關(guān)鍵部件的大口徑光電系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛。比如：天文望遠(yuǎn)鏡、空間望遠(yuǎn)鏡；地基空間目標(biāo)探測與識別；激光大氣傳輸，慣性約束聚變裝置等等。2、設(shè)計目的(1)熟悉典型望遠(yuǎn)鏡的基本原理，通過設(shè)計對光學(xué)系統(tǒng)有最基本的了解；(2)能運(yùn)用應(yīng)用光學(xué)的知識計算出望遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)的基本參量；(3)了解一些光學(xué)器件的工作原理和應(yīng)用；(4)學(xué)會系統(tǒng)分析光學(xué)系統(tǒng)的問題，并提出解決的辦法，從而使光學(xué)系統(tǒng)的工作效果達(dá)到一個較好的狀態(tài)；(5)了解光學(xué)設(shè)

3、計中的PW法基本原理。3、望遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)的原理和應(yīng)用開普勒式望遠(yuǎn)鏡開普勒式望遠(yuǎn)鏡，折射式望遠(yuǎn)鏡的一種。物鏡組也為凸透鏡形式，但目鏡組是凸透鏡形式。這種望遠(yuǎn)鏡成像是上下左右顛倒的，但視場可以設(shè)計的較大，最早由德國科學(xué)家開普勒（Johannes Kepler）于1611年發(fā)明。為了成正立的像，采用這種設(shè)計的某些折射式望遠(yuǎn)鏡，特別是多數(shù)雙筒望遠(yuǎn)鏡引在光路中增加了轉(zhuǎn)像稜鏡系統(tǒng)。此外，幾乎所有的折射式天文望遠(yuǎn)鏡的光學(xué)系統(tǒng)為開普勒式。原理由兩個凸透鏡構(gòu)成。由于兩者之間如圖左側(cè)為實(shí)像，可方便的安裝分劃板，并且各種性能優(yōu)良，所以目前軍用望遠(yuǎn)鏡，小型天文望遠(yuǎn)鏡等專業(yè)級的望遠(yuǎn)鏡都采用此種結(jié)構(gòu)。但這種結(jié)構(gòu)成像是倒立的

4、，所以要在中間增加正像系統(tǒng)。正像系統(tǒng)分為兩類：棱鏡正像系統(tǒng)和透鏡正像系統(tǒng)。我們常見的前寬后窄的典型雙筒望遠(yuǎn)鏡既采用了雙直角棱鏡正像系統(tǒng)。這種系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是在正像的同時將光軸兩次折疊，從而大大減小了望遠(yuǎn)鏡的體積和重量。伽利略望遠(yuǎn)鏡物鏡是會聚透鏡而目鏡是發(fā)散透鏡的望遠(yuǎn)鏡。光線經(jīng)過物鏡折射所成的在的后方（靠近人目的后方）焦點(diǎn)上，這像對目鏡是一個虛像，因此經(jīng)它后成一放大的正立。伽利略望遠(yuǎn)鏡的放大率等于物鏡與目鏡焦距的比值。其優(yōu)點(diǎn)是鏡筒短而能成正像，但它的視野比較小。把兩個放大倍數(shù)不高的伽利略望遠(yuǎn)鏡并列一起、中間用一個螺栓鈕可以同時調(diào)節(jié)其清晰程度的裝置，稱為“觀劇鏡”；因攜帶方便，常用以觀看表演等。伽利略

5、發(fā)明的望遠(yuǎn)鏡在人類認(rèn)識自然的歷史中占有重要地位。它由一個（目鏡）和一個（物鏡）構(gòu)成。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，能直接成正像。(3)10倍炮對鏡炮對鏡battery commanders telescope，用于觀察和測角的潛望式雙目光學(xué)儀器。舊稱剪形鏡。炮兵主要用它觀察戰(zhàn)場、搜索目標(biāo)、偵察地形，觀察射擊效果和測定炸點(diǎn)偏差量，也可用于測定炮陣地、觀察所的坐標(biāo)。炮對鏡由兩個單目鏡筒組成的雙筒潛望鏡、方 向測角機(jī)構(gòu)、高低測角機(jī)構(gòu)和三腳架組成 。雙筒潛望鏡的放大倍率8×16× ，視場4.5°7°。兩個鏡筒可以繞鉸鏈軸轉(zhuǎn)動，在0°180°范圍內(nèi)任意張開

6、 ，以便在隱蔽條件下工作時增強(qiáng)體視感或增加潛望高度。方向測角范圍為全圓周。高低測角范圍一般為300+1000密位 ，測角精度一般均為1密位。三角架用于支撐和固定鏡體其他部件。19世紀(jì)末出現(xiàn)了炮隊(duì)鏡。第一次世界大戰(zhàn)以來，炮對鏡得到廣泛使用，成為炮兵的一種重要觀測器材。二、10倍炮對鏡的設(shè)計1. 要求物鏡視場角: 出瞳直徑： 眼睛間距： 分辨率: 漸暈系數(shù)：棱鏡后表面到分劃板的距離 ： 棱鏡: FXJ-90 roof prism材料： BaK7目鏡: 2-30物鏡： ZK3，F(xiàn)52. 目鏡的選擇與計算 (1) 目鏡2-30根據(jù)光學(xué)設(shè)計儀器手冊可知圖1 目鏡2-30結(jié)構(gòu)目鏡相關(guān)參數(shù) ：表1 目鏡參數(shù)

7、-172.117.61.5688-22.400.2146.567.11.5688-47.210.237.0715.01.5688-28.561.61.806031.127.41.5163(2) 目鏡的反轉(zhuǎn)和計算:表2 目鏡反轉(zhuǎn)參數(shù)-31.127.41.516328.561.61.8060-37.0715.01.568847.210.2-146.567.11.568822.400.2172.117.61.5688(3) 光線追跡法求根據(jù)光線追跡的原理，由Matalb程序求解Matlab計算結(jié)果:表3 目鏡成像參數(shù)nh100001020-0.32134-0.56979-0.051546-19410

8、3-195.6-0.0515460.404570.46574-0.11272-89.4510.08244-104.45-0.11272-0.20488-0.321410.00381823083.511.773653083.30.00381820.245550.156520.092846126.811.60086119.70.092846-0.16867-0.264610.1887958.86711.1137758.6670.188790.305650.194830.2996136.96711.0757829.3670.29961-0.24849-0.389830.4409519.9548.79

9、865可以求得（目鏡后表面到像方焦點(diǎn)的距離) , (4) 計算出瞳距:圖2 炮對鏡初步結(jié)構(gòu)由于一般情況下望遠(yuǎn)系統(tǒng)的孔徑光闌是物鏡的邊框，則根據(jù)出瞳定義：孔徑光闌經(jīng)后面光學(xué)系統(tǒng)的在像空間所成像是出瞳，如上圖所示。則有：根據(jù)牛頓公式 ：3. 物鏡選擇 (1) 根據(jù)目鏡焦距求取物鏡焦距 (2) 物鏡視場角(3) 物鏡通光口徑 望遠(yuǎn)鏡分辨率 小于，所以符合設(shè)計要求. (4) 相對孔徑(5) 物鏡結(jié)構(gòu)根據(jù)題目所給出的視場大小及相對孔徑的大小選擇物鏡所需的結(jié)構(gòu)。本次系統(tǒng)設(shè)計中由于所設(shè)計的系統(tǒng)的視場不大，相對孔徑也不大，故可選用雙膠合物鏡。 圖3 物鏡結(jié)構(gòu)(6) 物鏡設(shè)計：根據(jù)公式選擇（ZK3和F5）組合透

10、鏡。計算結(jié)果：設(shè)定正透鏡的厚度是6mm，負(fù)透鏡厚度為3mm令4. 分劃板的確定 分劃板尺寸 ：5. 棱鏡計算(1) 棱鏡結(jié)構(gòu)由光學(xué)儀器設(shè)計手冊知FBJ-0°屋脊棱鏡的機(jī)構(gòu)如下圖表4 棱鏡結(jié)構(gòu)參數(shù)a=1.223Db=Dc=Dd=1.800De=Df=0.246Dh=1.945DL=2.980D圖4 屋脊棱鏡 (2) 棱鏡展開屋脊棱鏡：圖5 棱鏡展開圖式中，為棱鏡所用材料的折射率;為棱鏡所用材料對空氣的等效空氣層厚度；是物鏡到棱鏡前表面的距離；是一個過渡參量。6. 設(shè)計結(jié)果目鏡：目鏡分辨能力：物鏡： 分劃板：棱鏡到物鏡的距離：棱鏡到分劃板距離：圖6.炮對鏡設(shè)計結(jié)構(gòu)附錄光線追跡matlab

11、程序l=100000000000;u=0; y=10;r=inf,-31.12,28.56,-37.07,47.21,-146.56,22.40,172.11; d=7.4,1.6,15.0,0.2,7.1,0.2,7.6; n=1,1.5163,1.8060,1.5688,1,1.5688,1,1.5688;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+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 fprin