华中科技大学光学课程设计报告.doc

光学课程设计报告 姓名：罗风光 学号：U201013534 班级：光电1005 一、 课程设计要求 3 二、 设计步骤 3 1. 外形尺寸计算 3 2. 选型 5 3. 物镜设计 5 （1） 初始结构计算 5 i. 求h、hz、J 5 ii. 平板的像差 5 iii. 物镜像差要求 6 ? 求P、W 6 ? 归一化处理 6 ? 选玻璃 7 ? 求Q 7 ? 求归一化条件下透镜各面的曲率及曲率半径 7 ? 玻璃厚度 8 （2） 像差容限计算 8 （3） 像差校正 9 （4） 物镜像差曲线 11 4. 目镜设计 12 （1） 初始结构计算 12 i. 确定接眼镜结构 12 ii. 确定场镜结构 14 （2） 像差容限计算 15 （3） 像差校正 16 三、 光瞳衔接 19 四、 像差评价 20 五、 总体评价 20 六、 零件图、系统图 20 七、 设计体会 23 八、 参考资料 24 课程设计要求 设计要求：双筒棱镜望远镜设计，采用普罗I型棱镜转像。 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 设计步骤 外形尺寸计算 物镜焦距 出瞳直径 目镜焦距 分划板直径 分划板半径 由设计要求：视场边缘允许50%的渐晕，可利用分划板拦去透镜下部25%的光，利用平板拦去透镜上部的25%的光，这样仅有透镜中间的50%的光能通过望远系统。 根据要求，可取。 解得： 等效平板厚度 所以棱镜展开的实际厚度： 取 因此，等效空气平板厚度 其中为物镜到第一个棱镜前表面的最小距离。 代入数据，得： 解得： 因为实际物镜到第一个棱镜前表面的距离c满足： 其中为普罗I型棱镜系统的两棱镜的距离，根据要求，取 由知，设计满足实际棱镜通光口径的限制。 由物方视场，可得： 目镜通光口径 分划板半径 又由：，可得： 像方视场 选型 物镜：，， 目镜：，， 查阅相关光学资料得，选择双胶合物镜和凯涅尔目镜。 物镜设计 初始结构计算 求h、hz、J 入瞳半径 第二近轴光线在入瞳的入射高度 拉赫不变量 平板的像差 由条件：d=33.5 =64.1 u=0.125 uz==0.0698rad 物镜像差要求 物镜像差要与平板像差以前校正，因此物镜与平板相应的像差之和应为零： 求P、W 由，（hz=0） 得 归一化处理 又望远物镜物在无穷远，所以： （冕牌玻璃在前） 选玻璃 根据与的值查光学设计手册,可知BaK2-ZF2玻璃对在时，P0=0.2602，较为接近。选择BaK2-ZF2玻璃对。 由光学仪器手册可查询到BaK2-ZF2玻璃对的详细信息： ，， ，， ， 求Q =-4.0479 =-4.3691 =-4.0432 Q= (-4.0479 -4.0432)/2= -4.0456 求归一化条件下透镜各面的曲率及曲率半径 玻璃厚度 d为中心厚度，t为边缘厚度 =1.5004 = -2.0806 = -0.6049 凸透镜：=1.9258 凸透镜最小中心厚度为=5.5068 凹透镜：= 4.1806 凹透镜最小中心厚度= 2.7049 像差容限计算 根据瑞利判断准则，系统所产生的最大波像差由焦深决定。令其小于或等于波长，即可得到边光球差的容限公式为： 对边光校正好球差后，0.707带的光线具有最大的剩余球差。即时的带光球差容限为 实际上，边光球差未必正好校正到零，需控制在焦深范围内。固此时边光球差的容限为1倍焦深。即： 类似与球差，其它像差容限为： 位置色差： 正弦差： 弧矢彗差： 像差校正 上机进行像差校正之后，并参照光学器件设计手册，采用标准化半径之后参数得到的像差为 1.初始参数 物距 半视场角(°) 入瞳半径 0 4 15 系统面数 色光数 实际入瞳 上光渐晕 下光渐晕 7 3 0 1 -1 理想面焦距 理想面距离 0 0 面序号 半径 厚度 玻璃 STO 81.8500 5.507 1 2 -53.0900 2.705 BAK2 3 -157.0400 56.000 ZF2 4 0.0000