应用光学课程设计8倍望远镜镜的设计

光学课程设计望远镜系统结构参数设

计

1

2020年4月19日

文档仅供参考

光学课程设计

——望远镜系统结构参数设计

一设计背景：在现在科学技术中，以典型精密仪器透镜、反射

2

2020年4月19日

文档仅供参考

镜、棱镜等及其组合为关键部分的大口径光电系统的应用越来越广泛。

如：天文、空间望远镜；地基空间目标探测与识别；激光大气传输、惯性约束聚变装置等等……

二设计目的及意义

（1）、熟悉光学系统的设计原理及方法；

（2）、综合应用所学的光学知识，对基本外形尺寸计算，主要考虑像质或相差；

（3）、了解和熟悉开普勒望远镜和伽利略望远镜的基本结构及原理，根据所学的光学知识（高斯公式、牛顿公式等）对望远镜的外型尺寸进行基本计算；

（4）、经过本次光学课程设计，认识和学习各种光学仪器（显微镜、潜望镜等）的基本测试步骤；

三设计任务

在运用光学知识，了解望远镜工作原理的基础上，完成望远镜的外形尺寸、物镜组、目镜组及转像系统的简易或原理设计。并介绍光学设计中的PW法基本原理。同时对光学系统中存在的像差进行分析。

四望远镜的介绍

1．望远镜系统：望远镜是一种利用凹透镜和凸透镜观测遥远物体的光学仪器。利用经过透镜的光线折射或光线被凹镜反射使之进入小孔并会聚成像，再经过一个放大目镜而被看到。又称“

- 1 -光学课程设计报告

光学课程设计报告

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姓 名: 班 级: 学 号:

1 -

- 2 -光学课程设计报告

目录

光学课程设计任务……………………………………………..3 望远镜物镜外型尺寸计算…………………………………….4 物镜的选型及结构参数的确定………………………………..8 物镜的象差计算及象差容限…………………………………..13 物镜 的象差校正方法…………………………………………14 物镜象差校正结果和象差曲线……………………………….14 目镜的外型尺寸计算………………………………………….21 目镜需校象差和象差容限……………………………………..25 目镜的象差校正方法………………………………………….26 目镜的象差校正结果和象差曲线…………………………….27

望远系统最终结构参数……………………………………34 望远镜系统图………………………………………………37 设计心得…………………………………………………….39

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- 3 -光

上 海 电 力 学 院

《应用光学课程设计》课程设计报告

课题名称 课题代码院（系） 专 业 班 级 学 生 指导教师 时 间

应用光学课程设计 132601904

计算机与信息工程学院

2011 /2012 学年第 2学期

一、课程设计目的：

1、 通过本课程的学习，学会使用ZEMAX软件，了解并掌握使用该软件绘制光路原理图和光路优化的方法。

2、同时学会使用该软件设计、绘制以及添加各种元器件的基本技巧、基本

方法和步骤。

二、课程设计要求：

（1） 请建立一个以“学号+姓名”为文件名建立一个文件夹，用来存放所有文

件，报告中的截图采用“学号+姓名”为名。 （2） 绘制光学系统图；绘制优化前后的像差曲线图。 （3） 熟悉ZEMAX软件光学设计的步骤和方法 （4） 熟悉各种像差产生的原因

（5）

在市场上挑选望远镜，首先要掌握望远镜的一些基本知识，本文略陈一二，以求为读者提供参考。望远镜基本知识望远镜的种类(Porro Prism vs Roof Prism)

双筒望远镜分为两大类普罗棱镜(Poof Prism)和屋脊棱镜(Roof Prism)。普罗棱镜构造简单，透光率较同级屋脊型的要高，由于物镜间距离较宽，影像较富立体感，而且由于工艺要求较低，售价一般较便宜。屋脊棱镜相对来说结构比较复杂，精度高，不易制造，成本及售价均较高。屋脊棱镜的两组棱镜成一直线设计，使其体积变窄，手感较佳，密封性能较好。经过不断革新，目前，屋脊棱镜的对焦较普罗棱镜短得多。

一般来说，如果对近对焦(4m内)没有要求，可以按照个人喜好自由选择，不过如果对望远镜要求较高，选择屋脊棱镜比较明智。

倍率(宜介乎8～10倍之间)

望远镜上均标示着“10×42”等字样，其中10代表倍率，42代表物镜直径。这个指标是可以度量的，如使用10倍的望远镜看一只100m处的乌，就如用肉眼在10m处看这只鸟一样。经常有人会问“这架望远镜能看多远?”其实这是一个无法回答的问题，因为在不同的客观条件下会产生不同的结果。如在大雾天只能看2m，但在晴天却能看到500m以上；太阳初升的黎明和艳阳高照的

《应用光学》课程设计—望远镜设计计算指导

说明：

1、本指导将全面介绍带有普罗I型转像棱镜系统的望远镜设计过程以及计算，作为《应用光学》课程设计的实习范例。实验报告需在此基础上完善和修改，严禁全盘抄袭本指导，否则作0分处理！

2、本指导省略了理论分析部分，计算依据请参考有关资料。

设计题目和技术要求 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。 6、lz′=8～10mm

如何开始呢？ 我们的工作将按照以下步骤进行：

1、系统外形尺寸的计算：根据需求确定像差，选型；

2、使用PW法进行初始结构的计算：确定系统的r、d、n； 3、像差的校正：通过修改r、d、n，调整像差至容限之内； 4、进行像质评价，总结数据图表，完成设计。

下面我们将根据以上步骤来示范本次设计 第一部分：外形尺寸计算

一、各类尺

《应用光学》课程设计—望远镜设计计算指导

说明：

1、本指导将全面介绍带有普罗I型转像棱镜系统的望远镜设计过程以及计算，作为《应用光学》课程设计的实习范例。实验报告需在此基础上完善和修改，严禁全盘抄袭本指导，否则作0分处理！

2、本指导省略了理论分析部分，计算依据请参考有关资料。

设计题目和技术要求 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。 6、lz′=8～10mm

如何开始呢？ 我们的工作将按照以下步骤进行：

1、系统外形尺寸的计算：根据需求确定像差，选型；

2、使用PW法进行初始结构的计算：确定系统的r、d、n； 3、像差的校正：通过修改r、d、n，调整像差至容限之内； 4、进行像质评价，总结数据图表，完成设计。

下面我们将根据以上步骤来示范本次设计 第一部分：外形尺寸计算

一、各类尺

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

一、物镜的外形尺寸计算及选型

已知τ =6，物镜D/1、

求

×f1'=1/4, D=30mm, K=50%, 2w =8。.

f1'，f2'.

＝－

f1'＝4×D＝120mm，τ'f1'/f2'＝6，f2'＝20mm

2、D（出瞳直径）

D'=

D=5mm. τ'3、 4、

视场半径y（视场半径）

'y'＝f1'×tan( w1)=f1'×tan( w1)＝8.3912

目镜视场2w

'tan( w1)'。 2w=45.522 τ=

tan( w1)'5、

目镜的放大率τ目

τ目＝250/f2'＝250/20=12.5×

6、

h=7.5 h1

取a＝15 则有 (

棱镜的通光口径

y'(

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： 2?=6°

出瞳直径： D′=5mm 出瞳距离： lz′=20mm 分辨率： ?=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

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： 2?=6°

出瞳直径： D′=5mm 出瞳距离： lz′=20mm 分辨率： ?=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

从伽利略望远镜到哈勃太空望远镜

——人类对宇宙的认识史 一、望远镜发展简史

关于望远镜的发明，不同文献有不同的记载。例如，“13世纪，英国诺格尔·培根发现，用透镜组成的仪器可使遥远的物体看起来好像更近了”。“ 1590年，意大利有人制成了望远镜。”

荷兰光学家和眼镜制造者利伯休（1572—1640）的儿子在1608年的一天偶然发现，将两块镜片重叠并使其相隔一定远近观看时，可看见远处教堂屋顶原来几乎看不见的小鸟。他俩把两块镜片装在一个铜管的两头，发明了最初的望远镜。不过，也有文献认为他是得到了别人（可能是Z·扬岑）的帮助。

1608年10月，荷兰利伯休、马丢、詹森三人分别先后向政府申请发明望远镜的专利，但均被专利部门所拒绝，因为真正的发明人一直未能查明。

当望远镜从荷兰重新传入意大利时，引起了伽利略的研究。他发明了能测量镜片球面半径的球径计。这使他在与普通磨制镜片工人的竞争中处于优势，因为这一仪器可使每一望远镜元件按设计标准数字化。他从1609年7月初制成倍率为3的望远镜开始，于1609年11月制成倍率为20的望远镜，发现了月球表面的环形山。因此，伽利略是“天文望远镜”的发明者。1610年9月，他给开普勒的信中说他已将望远镜倍率