10倍的雙目望遠(yuǎn)鏡_光學(xué)設(shè)計(jì)

1、設(shè)計(jì)一個(gè)8倍的雙目望遠(yuǎn)鏡設(shè)計(jì)題目要求:設(shè)計(jì)一個(gè)8倍的雙目望遠(yuǎn)鏡，其設(shè)計(jì)要求如下：全視場：2cd=5o；出瞳直徑：D=5mm;出瞳距離：lz'=20mm;分辨率：0=6"(R=5")漸暈系數(shù)：K=0.64;棱鏡的出射面與分劃板之間的距離：a=10mm；棱鏡：D60o屋脊棱鏡；L=2.646DLJ60材料：K10;目鏡：2-35、目鏡的計(jì)算目鏡是顯微系統(tǒng)和望遠(yuǎn)系統(tǒng)非常重要的一個(gè)組成部分，但目鏡本身一般并不需要設(shè)計(jì)，當(dāng)系統(tǒng)需要使用目鏡時(shí)，只要根據(jù)技術(shù)要求進(jìn)行相應(yīng)類型的選取即可。1、首先根據(jù)已知的視覺放大倍數(shù)r及視場2，求出2tgtg22arctg(tg)591T2、因?yàn)槟?/p>

2、鏡有負(fù)畸變(3%5%,所以實(shí)際應(yīng)?。?2arctg(tg)2arctg(tg)5%629'3、根據(jù)實(shí)際所需要的2'數(shù)值。出瞳直徑值及鏡目距值等，來選擇合適的目鏡類型。在本次設(shè)計(jì)中所需的目鏡的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)該作為已知條件給出，如：目鏡2-35。圖2-1目鏡2-35（結(jié)構(gòu)圖見2-1）此外設(shè)計(jì)手冊中還提供有相關(guān)的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)參數(shù)表2-1及主要的系統(tǒng)數(shù)據(jù);表2-1rdHdv效108.65061.516364.127.4-33.310.228.3108.65021.619936.329.421.81011.51.516364.129.7-41.720.230.224.91013.51.51636

3、4.129.3-24.9102.51.619936.326.733.31023.3f25.00,250,sf7.298,d6.0等。從圖2-2中我們不難發(fā)現(xiàn)該目鏡的出瞳位于整個(gè)系統(tǒng)的左側(cè)，而在目鏡的實(shí)際運(yùn)用中，出瞳應(yīng)位于系統(tǒng)右側(cè)。此種情況相當(dāng)于將目鏡倒置，故而它所給出的Sf7.298我們不能直接加以運(yùn)用，這里Sf是指F與目鏡最后一面之間的距離。4、將手冊中給的目鏡倒置：由于將目鏡倒置，則目鏡的數(shù)據(jù)將發(fā)生一定的變化，以目鏡2-35為例，原來的第一個(gè)折射面(J108.650)變?yōu)榈诎藗€(gè)面(入108.650),原來的第二個(gè)折射面(233.31)變?yōu)榈谄邆€(gè)折射面(33.31),以此類推。值得注意的是：

4、不但折射面的次序發(fā)生變化，與此同時(shí)其半徑的符號也將發(fā)生相應(yīng)的改變，原來為正，則現(xiàn)在為負(fù)。倒置后的新的數(shù)據(jù)如下表2-2所示：rd0dv效-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、進(jìn)行追跡光線，求出倒置后的Sf：追跡過程：用MATLAB編寫程序如下1=100000000000;u=0;y=5;r=-33.31024.910-24.9

5、1041.72-21.810-108.65033.310-108.650d=2,513.50.211.520.26;n=11.61991.516311.51631.619911.51631;len=length(r);forj=1:lenfprintf('%dsurface:n',j);ifl>=10000000000u=0;ifr(j)=0continue;elsei=y/r(j);i2=i*n(j)/n(j+1);u2=i+u-i2;l2=i2*r(j)/u2+r(j);endelseifr(j)=0i=-u;i2=i*n(j)/n(j+1);u2=-i2;l2=l*

6、u/u2;elsei=u*(l-r(j)/r(j);i2=i*n(j)/n(j+1);u2=i+u-i2;l2=i2*r(j)/u2+r(j);endWord文檔endfprintf('l=%f,u=%f,i=%f,i2=%f,u2=%f,l2=%fn',l,u,i,i2,u2,l2);iflength(d)>=jl=l2-d(j);elsel=l2;fprintf('finished:Sf=%f,l);endu=u2;end追跡結(jié)果：1 surface:l=100000000000.000000,u=0.000000,i=-0.300210,i2=-0.1853

7、26,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=92.84074

8、6,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=2

9、3.402553finished:Lf=23.402553得到目鏡倒置后的sf值為Sf23.402553(指焦點(diǎn)F與目鏡最后一面的距離，也即指當(dāng)平行光入射目鏡系統(tǒng)是追跡光路中的最后一個(gè)面的像距l(xiāng)值）。6、計(jì)算出瞳距p:物鏡分劃板目鏡出瞳望遠(yuǎn)系統(tǒng)的簡單結(jié)構(gòu)圖如下所示:公式中的x,x分別是指計(jì)算出瞳位置時(shí)的物距和像距則根據(jù)牛頓公式xxff/=-r圖2-2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)出瞳的定義：孔徑光則有:闌經(jīng)后面的光學(xué)系統(tǒng)在像空間所成的像是出瞳，如上圖所示xf1xpSf有:f2sf-2f2fl(pSf)f2(pSf)p根據(jù)所求得的出瞳距p=25.902553,與題目要求的出

10、瞳距值進(jìn)行比較。發(fā)現(xiàn)二者比較接近，則認(rèn)為所選擇的目鏡基本滿足要求，從而最后確定了目鏡的結(jié)構(gòu)類型。、選擇物鏡的結(jié)構(gòu)形式以及一些主要數(shù)據(jù)1、根據(jù)目鏡焦距f2求取物鏡焦距fl：,_fi=f2=25.00x10=2502、求物鏡的視場2:從題意中得出。2=5o3、求物鏡的通光孔徑:D.DDD求得D=50mm公式中的Dd（是題中所給出的出瞳直徑值）4、求取物鏡的相對孔徑D/f:D/f=50/200=0.25mm5、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)形式。在本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中由于所設(shè)計(jì)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。雙膠合物鏡的結(jié)構(gòu)形式如下圖2-3所示:圖2-36

11、、物鏡設(shè)計(jì)選才iK9(n1.51630,64.1)和F5(n1.62420,35.9）作為材料求得:10.015600620.008162145使正透鏡厚度d=6mm負(fù)透鏡厚度d=3mm.使ri=-r2n111ni1r12rir2=66.19mmn211n222%得3492.1616mm.三、計(jì)算分劃板1、計(jì)算分劃板直徑：D分2tgf1=17.46mm2、查表求取分劃板厚度d分及其公差值。所求的厚度及公差值為20.33、求鑒別率：140D求的=2.8"四、計(jì)算棱鏡由于開普勒望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)成倒像，故尚需在整個(gè)系統(tǒng)中加入一轉(zhuǎn)像系統(tǒng)，在本次設(shè)計(jì)中，我們加入的是棱鏡轉(zhuǎn)像系統(tǒng)。棱鏡轉(zhuǎn)像系統(tǒng)應(yīng)置于物

12、鏡的像平面附近，為了不使棱鏡上的疵病反映到物鏡中，還要使棱鏡離開像平面一定距離，即題中所給出的a值（棱鏡出射面與分劃板的距離）。如果無特殊要求，棱鏡的位置應(yīng)位于橫向尺寸最小的地方。1、棱鏡的選擇本課程設(shè)計(jì)中棱鏡的類型及所用光材已作為已知條件給出。而各種常見的棱鏡結(jié)構(gòu)示意圖位于光學(xué)儀器設(shè)計(jì)手冊上冊P83頁的圖表中，此外在圖標(biāo)中還標(biāo)明了棱鏡各參數(shù)的數(shù)值大小。本設(shè)計(jì)中棱鏡的類型采用的是Dlj60o屋脊棱鏡；L=2.646DLJ60匚=口d=2.79£Dt=0,457Dll=646Dh二L=2,646D2、棱鏡的展開:K=0.64是漸暈系數(shù)；a=10mm棱鏡的出射面與分劃板之間的圖2-4距離

13、tgKD,D30.029082fiDD32(ad)tg-L2.646Dd-nn棱鏡材料選擇K9,n=1.5163.由上述可求得：L53.1303105mmd35.039445mmtfiDp2D3DpiDp2ad204.960555mm2atg18.0416mm2dtg20.079482mmlL(11、)33.050828mmn五、10倍雙目望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)通過以上分析，初步確定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式如下圖所示:最終計(jì)算結(jié)果：目鏡：f'=25mm2=629'鏡目距：P=25.902553mm物鏡：f'=250mm2=5oD=50mm分劃板：D=16.35mm棱鏡：D1=20.079482mmD2=18.0416mmL=53.1303105mm物鏡到棱鏡第一面距離：t=204.960555mm通過以上分析，初步確定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式如下圖所示：普羅I型棱鏡t=204.96055mmD,物鏡目鏡L=53.13mm10mm分劃板o屋脊棱鏡i|i,/./IlII/J1J50mm一T一R：lFI/116.35mm丁出瞳P=25.902553mm圖710倍雙目望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖六、設(shè)計(jì)總結(jié)此次光學(xué)設(shè)計(jì)我感受頗多，真