外形尺寸计算.ppt

光学系统的外形尺寸计算 根据使用要求确定光学系统整体结构尺寸的设计过程称为光学系统的外形尺寸计算。 光学系统的外形尺寸计算要确定的结构内容包括系统的组成、各光组元的焦距、各光组元的相对位置和横向尺寸。 外形尺寸计算基本要求： 第一，系统的孔径、视场、分辨率、出瞳直径和位置； 第二，几何尺寸，即光学系统的轴向和径向尺寸，整体结构的布局； 第三，成像质量、视场、孔径的权重。 计算一个镜筒长L=f1′+f2′=250mm，放大率Γ= -24，视场角2ω=1o40′的刻普勒望远镜的外形尺寸。 （一） 求物镜和目镜的焦距 （二）求物镜的通光孔径 物镜的口径取决于分辨率的要求，若使物镜的分辨率与放大率相适应，可根据望远镜的口径与放大率关系式Γ≥D1/2.3求出D1,只是为了减轻眼睛的负担,才取物镜的口径D1=1.5Γ=36mm （三）求出瞳直径 （四）视场光阑的直径D3 （七）求目镜的口径D2 二、带有棱镜转像系统的望远镜 例二：双筒望远镜的外形尺寸：望远镜的放大率为 ，视场角 ，出瞳直径 ，物镜的相对孔径为1：4，使用普罗Ⅰ型转像棱镜。 计算步骤如下： （一）求物镜的口径 （三）求物镜的焦距 （四）求目镜的焦距 （五）视场光阑的直径 如果不要求棱镜限制光束，则棱镜的通光口径应为: 图中Fˊ点为物镜的焦点，为了使目镜与棱镜Ⅰ不相碰，需留有空隙a=4mm，并设两棱镜的间隔b为2mm。棱镜的展开厚度dⅠ和dⅡ与其通光口径DpⅠ和DpⅡ的关系为： 根据图b可得距离aⅠ和aⅡ 其中 三、具有透镜转像系统的望远镜 一个具有双镜组转像系统的望远镜的外形尺寸（均以mm为单位）。已知：望远镜的放大率Γ=6，视场角2ω=8o，镜管长度L要求为1000mm，出瞳直径Dˊ=4mm，轴外光束可有2/3的渐晕，即K=1/3，转像透镜的通光口径与物镜的像面直径相等。 设lz=-100mm。 根据图中给定的几何成像关系确定物镜的焦距f1ˊ 因为透镜组L1、L2和 L3又组成了一个望远系统，所以有 再由给定的渐晕条件，即 ，以及转像系统的放大率 ，可从图中得到 把有关的数值代入，求得f1ˊ=198.94，又因D=ΓDˊ=24mm,则可求得 镜筒长度为 将 代入，则 由于 ，则整个系统的入瞳经物镜L1所成像的像距为 （三）求出瞳的位置 转像系统的孔径光阑经透镜组L4和L5成像就是整个系统的出瞳。根据高斯公式可求出 求系统的横向尺寸 分划板处视场光阑的直径 1.一望远镜物镜焦距为1m，相对孔径1:12，测得出射光瞳直径为4mm，试求望远镜的放大率Γ和目镜的焦距。 2.拟制一个6x的望远镜，已有一焦距为150mm的物镜，问组成刻普勒和伽利略望远镜时，目镜的焦距应为多少？筒长（物镜到目镜的距离）各为多少？ 3.为看清10km处相隔100mm两个物点 （1）望远镜至少选用多少倍数（正常放大率）？ （2）筒长为465mm时，求物镜和目镜的焦距。 （3）为满足正常放大率的要求，保证人眼的分辨率（60”），物镜的口径应为多少？ （4）物方视场2ω=2°，求像方视场，在10公里处能看清多大范围？在不拦光的情况下目镜的口径应为多少？ （5）如果视度调节±5折光度，目镜应移动多少距离？ 目镜的通光口径 * * 例一：只包括物镜和目镜的望远系统 （五）求目镜的视场角2ω′ （六）求出瞳距lz′ （八）目镜的视度调节 （九）选取物镜和目镜的结构 由于物镜的相对孔径D/f′=36/240=1/6.67，焦距f′=240mm，选用双胶合物镜即可。由于目镜的视场只有38o30′，有没有其它特殊要求，则选用开涅尔目镜或对称目镜均可。 （二）求目镜的视场角 （六）计算普罗Ⅰ型棱镜的几何尺寸 则等效空气板厚度为 将aⅠ、aⅡ分别代入Dp中得到DpⅠ和DpⅡ的表达式： 求得 棱镜Ⅰ的斜边长度为57.356mm，棱镜Ⅱ的斜边长度为45.714mm。 转像系统为 的双镜组系统，考虑到转像系统的成像质量以及场镜和分划板通光口径的匀称性，宜将转像系统做成对称的结构，即 而前面已设转像系统通光口径与物镜的像面相等而 ，所以 该式有两个解，应取f1ˊ＞0且f1ˊ＜L的解。 与给定的筒长为1米的条件相符,满足要求。 （二）确定场镜的焦距 为了使光阑在系统中互相衔接，场镜应该使物镜的出瞳与转像系统的入瞳重合。而转像系统的光阑位于L3 、L4的中间，其入瞳可由高斯公式求出 转像系统的入瞳到场镜的距离为 根据上述的光瞳衔接的原则，利用高斯公式可求得场镜的焦距