应用光学课程设计-15倍双目望远镜

第一类题目：双目望远镜要求：1）双镜筒之间可以调节距离，调节范围56～72mm2）右眼目镜可以调节视度，调节距离 100052e f x '±=3）透镜间空气间隔公差05.0±mm 4）透镜装调光轴偏心5'（角分）参考：目镜2-28， 焦距216.20='e f mm （参考光学仪器设计手册P295） 目镜2-25 焦距597.15='e f mm （参考光学仪器设计手册P294） 别汉屋脊棱镜 （参考光学仪器设计手册P92） 普罗I 型棱镜 （参考工程光学郁道银P47）1、设计一个10倍的双目望远镜全视场： 062=ω；出瞳直径：d=4.0,镜目距：5.10=p ；分辨率："6=α；渐晕系数：6.0=k ；棱镜的出射面与分划板之间的距离：3.28=a ；棱镜：普罗I 型棱镜；材料：BAK7；目镜：2-252、设计一个8倍的双目望远镜全视场： 072=ω；出瞳直径：d=5,镜目距：20=p ；分辨率："6=α；渐晕系数：55.0=k ；棱镜的出射面与分划板之间的距离：3.26=a ；棱镜：普罗I 型棱镜；材料：BAK7；目镜：2-283、设计一个8倍的双目望远镜全视场： 072=ω；出瞳直径：d=4,镜目距：5.10=p ；分辨率："6=α；渐晕系数：6.0=k ；棱镜的出射面与分划板之间的距离：3.28=a ；棱镜：普罗I 型棱镜；材料：K9；目镜：2-254、设计一个8倍的双目望远镜全视场： 072=ω；出瞳直径：d=5,镜目距：20=p ；分辨率："6=α；渐晕系数：55.0=k ；棱镜的出射面与分划板之间的距离：3.26=a ；棱镜：普罗I 型棱镜；材料：BAK7；目镜：2-285、设计一个10倍的双目望远镜全视场： 062=ω；出瞳直径：d=4.0,镜目距：5.10=p ；分辨率："6=α；渐晕系数：6.0=k ；棱镜的出射面与分划板之间的距离：3.28=a ；棱镜：别汉屋脊棱镜；材料：BAK7；目镜：2-25第二类题：潜望镜要求：1）潜望高度可以调节，潜望高度调节距离mm 50± 2）入射光轴和出射光轴平行性调整结构 3）透镜间空气间隔公差05.0±mm 4）透镜装调光轴偏心5'（角分）参考：目镜2-28， 焦距216.20='e f mm （参考光学仪器设计手册P295）靴型屋脊棱镜 （参考光学仪器设计手册P91，最上面有潜望折转光路的直角棱镜）普罗II 型棱镜 （参考工程光学郁道银P47，其中一块直角棱镜在最上面折转光路）1、设计一个8倍的潜望镜：全视场：o 7＝ω2；出瞳直径：5=d ；镜目距：20=p ；分辨率：6''=α；渐晕系数：5050.k =；棱镜的出射面与分划板之间的距离：641.a =；潜望高度：250；棱镜：靴型屋脊棱镜+直角棱镜；材料： K9；目镜：2-28。

应用光学课程设计一、设计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）二、本课程设计的目的和要求1、综合运用课程的基本理论知识，进一步培养理论联系实际的能力和独立工作的能力。

2、初步掌握简单的、典型的、与新型系统设计的基本技能，熟练掌握光线光路计算技能，了解并熟悉光学设计中所有例行工作，如数据结果处理、像差曲线绘制、光学零件技术要求等。

3、巩固和消化课程中所学的知识，初步了解新型光学系统的特点，为学习专业课与进行毕业设计打下好的基础。

三、设计技术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四、设计报告撰写内容本课程设计要求以设计报告形式完成以下工作：1、认真学习相关像差理论和光学设计知识，做好笔记，完成例题作业并上交；2、根据所讲内容进行本设计具体参数以及结构形式的选择，说明选择理论依据；3、进行本设计的外形尺寸计算，要求写明计算过程；4、使用PW法进行初始结构参数r、d、n的求解，要求写明计算过程；5、计算本设计的像差容限，使用Tcos软件完成设计的模拟和计算，手工修改结构参数进行像差的校正；6、绘制相应的像差曲线图和计算数据报表；7、写出本次课程设计的心得体会。

第5章 望远系统设计范例题目：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 。

光学设计实验报告——望远镜系统设计**：***学号：B********班级：B090103目录一、ZEMAX仿真二、设计优化三、数据比较和优化后参数四、公差分析五、光学系统图六、设计心得体会一ZEMAX仿真一、本次设计要求如下：1.焦距为100mm；2.光源为无穷远处;3.像空间F/﹟=4，相对孔径1/44.前一块玻璃为BAK1,后一块玻璃为F25.全视场角为8度先打开ZEMAX软件，根据设计要求修改系统设定,包括系统孔径,镜头单位，视场，和波长。

望远镜物镜要求校正的像差主要是轴向色差、球差、慧差。

根据要求采用的是折射式望远双胶合型（1）修改系统设定。

首先，根据要求的设计参数计算物方孔径EPD。

提供的有效焦距efl为100mm，像空间F/﹟=4。

由公式，得物方孔径EPD约等于25。

在ZEMAX主菜单软件中，选择系统> 通用配置，在弹出的对话框中，选择图象空间F/#，数值选择4。

（2）视场设定。

在ZEMAX主菜单软件中，选择系统> 视场，在弹出的对话框中，视场类型选择角度，并输入三组视场数据，(0,8), (0, 2.8)和 (0,4)。

第三步，波长设定。

在ZEMAX主菜单软件中，选择系统> 波长，在弹出的对话框中，单击选择完成配置，然后单击确定。

系统配置完毕，即可在LDE中输入数据。

选择分析>草图>2D草图，将出现2D草图LAYOUT。

第二部分设计优化从2D草图可以看出，镜头的性能参数并非最优。

选择编辑——》优化函数，反复进行修改权重，直到mtf达到最优。

选择工具 > 优化 > 优化在弹出的窗口中执行最终优化当优化开始时，ZEMAX 首先更新系统的评价函数。

第四部分：数据比较与优化后参数优化后2D草图：第五部分公差分析在菜单栏中点开Tools（工具）选中Tolerancing点OK然后点Editors选中Tolerance Data Editor在页面上点开Tools选中Default Tolerances点OK输入参数进行公差分析后得点开Tools 选中Test Plate Fitting出现对话框选择Best to woest 点OK，第五部分光学系统图第六部分设计心得体会通过光学课程设计，我不但学到了一些以前不懂的知识，而且更进一步学会使用了ZEMAX 常用的光学设计软件，同时，也锻炼了我们在学习新软件的能力，这不但是对新知识的学习，更是对新事物学习和接受能力的锻炼，因此我对此次光电课程设计感触和收获颇深！刚开始，我们对设计的总体思路都没有一个大概的印象，刚得到题目时，我们到图书馆和上网查阅资料，看了以前上试验课时的PPT和一些资料，才对要使用的软件有了较深入的了解，然后对着以前的设计课题，慢慢的探索和练习。

视场：; 出瞳直径：d = 5mm ; 镜目距：p = 25mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.54棱镜出射面与分划板距离：a = 10 mm；棱镜和材料: 施密特屋脊棱镜(k = 3.04) 材料：k9目镜：2-35N0.2 10 倍炮对镜：视场：; 出瞳直径：d = 5mm ; 镜目距：p = 25mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.55棱镜出射面与分划板距离：a = 42mm；棱镜和材料: 靴型屋屋脊棱镜(k = 2.98)，材料：k9目镜：2-35N0.3 10 倍潜望镜：视场：; 出瞳直径：d = 5mm ; 镜目距：p = 25mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.55棱镜出射面与分划板距离：a = 45 mm；潜望高：300 mm棱镜和材料: 普罗11型棱镜(k = 3.0)，材料：k9目镜：2-35N0.4 10 倍潜望镜：视场：; 出瞳直径：d = 5mm ; 镜目距：p = 25mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.575 ，棱镜出射面与分划板距离：a = 45 mm；潜望高：300 mm棱镜和材料: 五角屋脊棱镜(k = 4.233)，材料：K9目镜：2-35视场：; 出瞳直径：d = 5mm ; 镜目距：p = 25mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.64棱镜出射面与分划板距离：a = 10 mm；棱镜和材料: D1J-450屋脊棱镜(k = 3.552)，材料：Bak7目镜：2-35N0.6 10 倍观察镜：视场：; 出瞳直径：d = 5mm ; 镜目距：p = 25mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.64棱镜出射面与分划板距离：a = 10 mm；棱镜和材料: D1J-600屋脊棱镜(k = 2.646)，材料：k9目镜：2-35N0.7 10 倍观察镜：视场：; 出瞳直径：d = 5mm ; 镜目距：p = 25mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.64棱镜出射面与分划板距离：a = 10 mm；棱镜和材料: D1J-800屋脊棱镜(k = 1.96)，材料：Bak7目镜：2-35N0.8 10 倍双目望远镜：视场：; 出瞳直径：d = 5mm ; 镜目距：p = 25mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.54棱镜出射面与分划板距离：a = 28 mm；棱镜和材料: 普罗1型棱镜(k = 4)，材料：k9目镜：2-35视场：; 出瞳直径：d = 5mm ; 镜目距：p = 25mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.47棱镜出射面与分划板距离：a = 43 mm；棱镜和材料: 靴型屋脊棱镜(k = 2.98)，材料：k9目镜：2-28N0.10 10 倍双目望远镜：视场：; 出瞳直径：d = 5mm ; 镜目距：p = 19.5mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.52棱镜出射面与分划板距离：a =25mm；棱镜和材料: 普罗1型棱镜(k = 4)，材料：k9目镜：2-28N0.11 10 倍观察镜：视场：; 出瞳直径：d = 4.5mm ; 镜目距：p = 19.5mm 分辨率：渐晕系数：k = 0.51棱镜出射面与分划板距离：a = 10mm;棱镜和材料: D1J-800屋脊棱镜(k = 1.96)，材料：Bak7目镜：2-28N0.12 10 倍观察镜：视场：; 出瞳直径：d = 5mm ; 镜目距：p = 25mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.53棱镜出射面与分划板距离：a = 10 mm；棱镜和材料: 别汉屋脊棱镜(k = 5.7)，材料：Bak7目镜：2-28N0.13 10 倍观察镜：视场：; 出瞳直径：d = 5mm ; 镜目距：p = 25mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.53棱镜出射面与分划板距离：a = 10 mm；棱镜和材料: 阿贝屋脊棱镜(k =5.196)，材料：Bak7目镜：2-28N0.14 10 倍观察镜：视场：; 出瞳直径：d = 5mm ; 镜目距：p = 25mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.53棱镜出射面与分划板距离：a = 10 mm；棱镜和材料: 列曼屋脊棱镜(k = 5.196)，材料：Bak7目镜：2-28N0.15 10 倍观察镜：视场：; 出瞳直径：d = 4mm ; 镜目距：p = 10.5mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.58棱镜出射面与分划板距离：a = 10 mm；棱镜和材料: 斯密特屋脊棱镜(k = 3.04)，材料：k9目镜：2-25N0.16 10 倍观察镜：视场：; 出瞳直径：d = 4mm ; 镜目距：p = 10.5mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.5棱镜出射面与分划板距离：a = 10 mm；棱镜和材料: D1J-450屋脊棱镜(k = 3.558)，材料：k9目镜：2-25N0.17 10 倍观察镜：视场：：; 出瞳直径：d = 4mm ; 镜目距：p = 10.5mm分辨率：; 渐晕系数：k = 0.42棱镜出射面与分划板距离：a = 10 mm；棱镜和材料: D1J-600屋脊棱镜(k = 2.646)，材料：k9目镜：2-25N0.18 10 倍观察镜：视场：; 出瞳直径：d = 4mm ; 镜目距：p = 10.5mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.5棱镜出射面与分划板距离：a = 10 mm；棱镜和材料: D1J-800屋脊棱镜(k = 1.96)，材料：Bak7目镜：2-25N0.19 10 倍观察镜：视场：; 出瞳直径：d = 4mm ; 镜目距：p = 10.5mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.5棱镜出射面与分划板距离：a = 10 mm；棱镜和材料: 别汉屋脊棱镜(k = 5.7)，材料：Bak7目镜：2-25N0.20 10 倍观察镜：视场：; 出瞳直径：d = 4mm ; 镜目距：p = 10.5mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.5棱镜出射面与分划板距离：a = 10 mm；棱镜和材料: 阿贝屋脊棱镜(k = 5.196)，材料：Bak7目镜：2-25N0.21 10 倍双目望远镜：视场：; 出瞳直径：d = 4mm ; 镜目距：p = 10.5mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.6棱镜和材料: 普罗1棱镜(k = 4)，材料：Bak7目镜：2-25N0.22 10 倍潜望镜：视场：; 出瞳直径：d = 4mm ; 镜目距：p = 10.5mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.5棱镜出射面与分划板距离：a = 30 mm；棱镜和材料: 普罗11棱镜(k = 3)，材料：k9目镜：2-28潜望高：300mmN0.23 10 倍观察镜：视场：; 出瞳直径：d = 4mm ; 镜目距：p = 10.5mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.5棱镜出射面与分划板距离：a = 10 mm；棱镜和材料: 斯密特屋脊棱镜(k = 3.04)，材料：k9目镜：2-28N0.24 10 倍观察镜：视场：; 出瞳直径：d = 4mm ; 镜目距：p = 10.5mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.5棱镜出射面与分划板距离：a = 10 mm；棱镜和材料: D1J-450屋脊棱镜(k = 3.558)，材料：Bak7目镜：2-28N0.25 10 倍观察镜：视场：; 出瞳直径：d = 4mm ; 镜目距：p = 10.5mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.5棱镜和材料: D1J-600屋脊棱镜(k = 2.646)，材料：k9目镜：2-28N0.26 8 倍观察镜：视场：; 出瞳直径：d = 4mm ; 镜目距：p = 10.5mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.5棱镜出射面与分划板距离：a = 10 mm；棱镜和材料: 别汉屋脊棱镜(k = 5.7)，材料：k9目镜：2-28N0.27 8 倍观察镜：视场：; 出瞳直径：d = 4mm ; 镜目距：p = 10.5mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.5棱镜出射面与分划板距离：a = 10 mm；棱镜和材料: D1J-800 屋脊棱镜(k = 1.96)，材料：k9目镜：2-28N0.28 8 倍观察镜：视场：; 出瞳直径：d = 4mm ; 镜目距：p = 10.5mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.5棱镜出射面与分划板距离：a = 15mm；棱镜和材料: 阿贝屋脊棱镜(k = 5.196)，材料：k9目镜：2-28N0.29 8 倍观察镜：视场：; 出瞳直径：d = 4mm ; 镜目距：p = 10.5mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.5棱镜出射面与分划板距离：a = 15 mm；棱镜和材料: 别汉屋脊棱镜(k = 5.7)，材料：k9目镜：2-28N0.30 8 倍观察镜：视场：; 出瞳直径：d = 4mm ; 镜目距：p = 10.5mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.5棱镜出射面与分划板距离：a = 15 mm；棱镜和材料: 列曼屋脊棱镜(k = 5.196)，材料：k9目镜：2-28N0.31 8 倍双目望远镜：视场：; 出瞳直径：d = 4mm ; 镜目距：p = 10.5mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.5棱镜出射面与分划板距离：a = 26.3 mm；棱镜和材料: 保罗1棱镜(k = 4)，材料：Bak7目镜：2-28N0.32 8 倍炮对镜：视场：; 出瞳直径：d = 4mm ; 镜目距：p = 10.5mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.5棱镜出射面与分划板距离：a = 41.6 mm；棱镜和材料: 靴型屋脊棱镜(k = 2.98)，材料：k9目镜：2-28N0.33 8 倍观察镜：视场：; 出瞳直径：d = 4mm ; 镜目距：p = 10.5mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.5棱镜出射面与分划板距离：a = 10 mm；棱镜和材料: 斯密特屋脊棱镜(k = 3.04)，材料：k9目镜：2-28N0.34 8 倍观察镜：视场：; 出瞳直径：d = 4mm ; 镜目距：p = 10.5mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.5棱镜出射面与分划板距离：a = 10 mm；棱镜和材料: 列曼屋脊棱镜(k = 4.619)，材料：k9目镜：2-28N0.35 8 倍观察镜：视场：; 出瞳直径：d = 4mm ; 镜目距：p = 10.5mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.5棱镜出射面与分划板距离：a = 10 mm；棱镜和材料: 阿贝屋脊棱镜(k = 5.196)，材料：k9目镜：2-28N0.36 8 倍双目望远镜：视场：; 出瞳直径：d = 4mm ; 镜目距：p = 10.5mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.5棱镜出射面与分划板距离：a = 25mm；棱镜和材料: 保罗1棱镜(k = 4)，材料：k9目镜：2-25N0.37 8 倍双目望远镜：视场：; 出瞳直径：d = 4mm ; 镜目距：p = 10.5mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.5棱镜出射面与分划板距离：a = 10 mm；棱镜和材料: 列曼屋脊棱镜(k = 5.196)，材料：k9目镜：2-25N0.38 8 倍双目望远镜：视场：; 出瞳直径：d = 4mm ; 镜目距：p = 10.5mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.5棱镜出射面与分划板距离：a = 10 mm；棱镜和材料: 阿贝屋脊棱镜(k = 5.196)，材料：k9目镜：2-25N0.39 8 倍双目望远镜：视场：; 出瞳直径：d = 4mm ; 镜目距：p = 10.5mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.5棱镜出射面与分划板距离：a = 10 mm；棱镜和材料: 别汉屋脊棱镜(k = 5.7)，材料：k9目镜：2-25N0.40 8 倍双目望远镜：视场：; 出瞳直径：d = 4mm ; 镜目距：p = 10.5mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.5棱镜出射面与分划板距离：a = 25.3 mm；棱镜和材料: 保罗1棱镜(k = 4)，材料：k9目镜：2-13目镜2-352w = 500f’= 25D’=6mmP’/f’ = 1.036目镜2-282w = 570f’= 20.216D’=5mmP’/f’ = 1.042目镜2-252w = 640f’= 15.597D’=4mmP’/f’ = 0.733棱镜b 计算：薄透镜：厚透镜：或 dWhere:。

光学课程设计报告目录设计任务与要求 (2)设计步骤 (3)一、外形尺寸计算 (3)二、光学系统选型 (6)三、物镜的设计 (7)1、用PW法计算双胶合物镜初始结构： (7)（1）求h，z h，J (7)（2）求平板像差 (7)（3）求物镜像差 (7)（４）计算Ｐ，Ｗ (7)（５）归一化处理 (8)（６）选玻璃 (8)（７）求形状系数Ｑ (8)（８）求归一化条件下透镜各面的曲率 (9)（９）求薄透镜各面的球面半径 (9)（１０）求厚透镜各面的球面半径 (9)2、物镜像差容限的计算 (10)3、物镜像差校正 (10)4、物镜像差曲线 (13)四、目镜的设计 (13)1、用PW法计算凯涅尔目镜初始结构 (13)（１）接目镜的相关参数计算 (13)（2）场镜的相关参数计算 (15)2、目镜像差容限的计算 (16)3、目镜像差校正 (17)4、目镜像差曲线 (19)五、光瞳衔接与像质评价 (20)1、光瞳衔接 (20)2、像质评价 (21)3、总体设计评价 (21)学习体会 (21)附:零件图与系统图 (23)设计任务与要求设计题目：双筒棱镜望远镜设计设计技术要求：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设计步骤一、外形尺寸计算由入瞳直径30D mm =及相对孔径'1:4Df=，可得：物镜焦距'14120f D mm =⨯=由6Γ=，知：出瞳直径'5DD mm ==Γ目镜焦距''12120206f f mm ===Γ 由物方视场2ω=8，可得：目镜通光口径'''312[()]222.084D D f f tg mm ω=++⨯= 分划板直径'21216.7824D f tg mm =ω=分划板半径28.39122D = 又由：'64tg tg tg ω=Γω=，可得：像方视场'245.5ω=该望远系统采用普罗I 型棱镜转像，普罗I 型棱镜如下图：将普罗I 型棱镜展开，等效为两块平板，如下图：普罗I 型棱镜由设计要求：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，使像质较好。

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 指导教师院 （系） 专业班级学生姓名 学号 200911021033 设计日期课程设计题目 （二）设计一个10倍的双目望远镜一．设计题目要求：设计一个10倍的双目望远镜，其设计要求如下： （1）视放大率 10xΓ= （2）全视场 26oω=（3）岀瞳直径 '4D mm =（4）岀瞳距离'11z l mm=（5）鉴别率 "6α=（6）渐晕系数 0.6k = （7）棱镜的出射面与分划板之间的距离 28.3a = （8）选取普罗I 型棱镜，其棱镜材料为BKA7 （9）选用目镜类型为 2-28二．拟定系统的原理方案光学系统初步设计的第一步工作就是拟定系统的结构原理图。

下面，结合仪器的光学性能和技术来简单讨论系统的结构。

（1）双目望远镜由一个物镜，两个棱镜，一个分划镜和一组目镜组成。

（2）光学系统为了便于观察，系统应成正像，所以必须加入倒像系统。

三．光学系统的外形尺寸计算 （一）目镜的计算目镜是望远镜系统非常重要的一个组成部分，但是目镜本身不需要设计，当系统需要使用目镜时，只要根据技术要求进行相应类型的选取即可。

1.已知本次设计的观察镜的视放大倍率Γ及视场角2ω，求出'2ω，即'tg tg ωωΓ=则 '22()arctg tg ωω=Γ⨯2.因为目镜有负畸变（3%:5%），所以实际应取：'22()2()5%arctg tg arctg tg ωωω=Γ⨯+Γ⨯⨯由上式可以求得'258.08o ω=3.然后求目镜的焦距本次选用目镜2-28，其各项值据《光学仪器手册》可以查得：'20.216f = ' 4.49f s = 18.27f L =- ''/ 1.042P f = 5.0d =4.在本次设计中所需的目镜的结构形式为已知条件，即所选目镜为2-28根据 '258.08o ω= '4D mm = '11z l mm =由以上要求，选取目镜2-28结构如图1所示。

——望远镜系统结构参数设计设计背景：在现在科学技术中,以典型精密仪器透镜、反射镜、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,主要考虑像质或者相差；〔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、通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者原理设计。

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。

利用通过透镜的光线折射或者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"千里镜"。

望远镜的第一个作用是放大远处物体的张角,使人眼能看清角距更小的细节。

望远镜第二个作用是把物镜采集到的比瞳孔直径〔最大 8 毫米粗得多的光束,送入人眼,使观测者能看到原来看不到的暗弱物体。

2．望远镜的普通特性望远镜的光学系统简称望远系统,是由物镜和目镜组成。

当用在观测无限远物体时,物镜的像方焦点和目镜的物方焦点重合,光学间隔 d＝o。

当月在观测有限距离的物体时,两系统的光学问隔是一个不为零的小数量。

作为普通的研究,可以认为望远镜是由光学问隔为零的物镜和目镜组成的无焦系统。

这样平行光射入望远系统后,仍以平行光射出。

图9—9 表示了一种常见的望远系统的光路图。

为了方便,图中的物镜和目镜均用单透镜表示。

这种望远系统没有专门设置孔径光阑,物镜框就是孔径光阑,也是入射光瞳,出射光瞳位于目镜像方焦点之外,观察者就在此处观察物体的成伤情况。

《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。

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。

第一部分：外形尺寸计算一、各类尺寸计算 1、计算'f o和'f e由技术要求有：1'4o D f =，又30D mm =，所以'120o f mm =。

又放大率Γ＝6倍，所以''206o e f f mm ==。

2、计算D 出303056D D D mm =∴===Γ物出物 3、计算D 视场2'2120416.7824o o D f tg tg mm ω==⨯⨯=视场4、计算'ω（目镜视场）''45o tg tg ωωωΓ⨯=⇒≈5、计算棱镜通光口径D 棱（将棱镜展开为平行平板，理论略） 问题：如何考虑渐晕？我们还是采取50%渐晕，但是拦掉哪一部分光呢？拦掉下半部分光对成像质量没有改善（对称结构，只能使光能减少），所以我们选择上下边缘各拦掉25%的光，保留中间的50%。

双目望远镜课程设计一、课程目标知识目标：1. 了解双目望远镜的基本构造、工作原理及其在科学研究中的应用。

2. 掌握使用双目望远镜进行观察的基本步骤与方法。

3. 掌握天体的基本分类，如恒星、行星、星系等，并能运用双目望远镜进行观察。

技能目标：1. 学会正确使用双目望远镜，进行安全、有效的观察。

2. 能够通过观察，描述天体的外观特征，如颜色、亮度、大小等。

3. 能够运用所学知识，分析观察结果，进行简单的天体研究。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对天文学的兴趣，激发他们探索宇宙奥秘的欲望。

2. 培养学生的观察能力、思考能力和合作精神，使他们能够在团队中共同进步。

3. 增强学生的科学素养，使他们认识到科学对人类社会发展的重要性。

分析课程性质、学生特点和教学要求，本课程将目标分解为以下具体学习成果：1. 学生能够独立完成双目望远镜的组装、使用和保养。

2. 学生能够通过观察，描述至少三种不同类型的天体，并对其进行简单分类。

3. 学生能够运用双目望远镜进行观察，撰写观察报告，分享观察心得。

4. 学生在课程学习过程中，展现出积极的态度、良好的合作精神和较高的科学素养。

二、教学内容1. 双目望远镜的基本原理与构造- 望远镜发展史- 双目望远镜的工作原理- 双目望远镜的构造及各部分功能2. 双目望远镜的使用方法与操作技巧- 双目望远镜的组装与调整- 观察前的准备工作- 观察时的操作技巧及注意事项3. 天体的基本分类与观察- 恒星、行星、星系等天体的基本特点- 天体的观察方法与技巧- 实际观察活动：观察太阳、月球、行星等天体4. 观察结果的记录与分析- 观察报告的撰写方法- 观察数据的整理与分析- 观察成果的分享与讨论5. 双目望远镜在天文学研究中的应用- 双目望远镜在探索宇宙奥秘中的作用- 我国天文学家利用双目望远镜取得的成就- 双目望远镜未来发展趋势教学内容按照教学大纲安排如下：第一课时：双目望远镜的基本原理与构造第二课时：双目望远镜的使用方法与操作技巧第三课时：天体的基本分类与观察（一）第四课时：天体的基本分类与观察（二）第五课时：观察结果的记录与分析第六课时：双目望远镜在天文学研究中的应用教学内容与课本紧密关联，确保科学性和系统性，以满足学生的学习需求。

应用光学课程设计报告———15倍双目望远镜姓名：班级学号：指导教师：光电工程学院2016年01月04日一、望远镜系统的原理 (3)二、课程设计的内容及要求 (3)三、光学元件尺寸计算及数据处理总结 (4)（一）、目镜的计算 (4)（二）、物镜的结构形式及外形尺寸计算 (7)（三）、计算分划板 (7)（四）、计算棱镜 (8)（五）、像差计算 (9)（六）、建立数据文件 (15)一、望远镜系统的原理亥普勒望远镜的原理示意如下图1所示：图 1图中可见亥普勒望远镜是由正光焦度的物镜与正光焦度的目镜构成，与显微镜不同的是望远镜的光学间隔为0，平行光入射平行光射出。

其系统的视觉放大倍率为：'//D D f f e o-=''-=Γ 式中，0f '为物镜的焦距；e f '为目镜的焦距；D 为入瞳直径；'D 为出瞳直径。

在此成像过程中，有一个实像面位于分划面上，可以实现相应的瞄准或测量。

由于亥普勒望远镜成倒像不利于观察，故而需在系统中加入一个由透镜或棱镜构成的转像系统。

军用望远镜的转像系统多是用两个互相垂直放置的180-II D 棱镜（即保罗棱镜）组成。

伽利略望远镜是由正光焦度的物镜和负光焦度的目镜组成，其视觉放大率大于1，形成的是正立的像，无需加转像系统，也无法安装分划板，应用较少。

二、课程设计的内容及要求1、根据已知的一些技术要求，进行外型尺寸计算；1）目镜的选取及计算；2）物镜的结构型式及外型尺寸计算； 3）分划板的外型尺寸计算；4）棱镜的类型选取及外型尺寸计算； 2、像差计算1）求取棱镜的初级像差； 2）求取物镜的初级像差；3）根据物镜的像差求出双胶合物镜的结构参数。

3、计算象差容限；4、根据物镜的结构参数及棱镜的结构参数进行部分光线追迹，初步求出像点的位置及象差的大小；5、利用前几步计算出的初始结构参数制作数据文件；6、利用数据文件上机操作、计算。

并用像差容限加以评价系统的可实用性，如果结果不满足像差容限的要求，则需修改初始结构参数，再进行上机操作，如此反复，直至满足要求为止。

光学和光子学望远镜系统试验方法第 2 部分：双目望远镜1 范围本文件描述了双目望远镜的双光轴不平行度、出瞳中心距、倍率差和聚焦差的试验方法。

本文件适用于望远系统的双目望远镜的制造。

2 规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。

其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB/T XXXXX 光学和光子学望远镜系统通用术语和双筒望远镜、单筒望远镜、观测镜及瞄准望远镜术语（GB/T XXXXX—2024，ISO 14132-1：2015、ISO 14132-2：2015、ISO 14132-3：2021，MOD）GB/T XXXXX.1—2024 光学和光子学仪器望远镜系统试验方法第1部分：基本特性（GB/T XXXXX.1—2024，ISO 14490-1：2005，MOD）3 术语和定义GB/T XXXXX界定的术语和定义适用于本文件。

4 双光轴平行度的试验方法总则双目望远镜的两光轴应平行，通过其观察时确保正常双眼视觉。

望远镜光轴平行度的可接受程度，取决于人眼的生理特性。

双光轴平行度的测量，应在以下瞳距处进行：——60 mm；——65 mm；——70 mm。

试验装置4.2.1 测量双光轴平行度的试验装置如图1所示。

注：图1中序号1～序号6构成平行光管。

4.2.2 平行光管和测量望远镜的光轴应平行，其偏差应不大于20″。

如果平行光管透镜口径大于160mm，则允许双目望远镜共用一台平行光管。

标引序号说明：1——光源； 6——准直物镜；2——聚光镜； 7——偏差为“发散”的试样；3——滤光片； 8——测量望远镜4——漫射板； 9——十字刻度尺5——十字刻线；图1 测量双光轴平行度的试验装置4.2.3 测量目标的十字刻线，应放置在准直物镜的焦平面上。

4.2.4 测量望远镜的焦平面应配置十字刻度尺（图1中的9）。

应用光学课程设计一、设计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）二、本课程设计的目的和要求1、综合运用课程的基本理论知识，进一步培养理论联系实际的能力和独立工作的能力。

2、初步掌握简单的、典型的、与新型系统设计的基本技能，熟练掌握光线光路计算技能，了解并熟悉光学设计中所有例行工作，如数据结果处理、像差曲线绘制、光学零件技术要求等。

3、巩固和消化课程中所学的知识，初步了解新型光学系统的特点，为学习专业课与进行毕业设计打下好的基础。

三、设计技术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r= 6倍；2、物镜的相对孔径D/f丄1: 4（D为入瞳直径，D = 30mm）;3、望远镜的视场角2宀=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。

& lz '〜810mm四、设计报告撰写内容本课程设计要求以设计报告形式完成以下工作：1 、认真学习相关像差理论和光学设计知识，做好笔记，完成例题作业并上交；2、根据所讲内容进行本设计具体参数以及结构形式的选择，说明选择理论依据；3、进行本设计的外形尺寸计算，要求写明计算过程；4、使用PW 法进行初始结构参数r、d、n 的求解，要求写明计算过程；5、计算本设计的像差容限，使用Tcos软件完成设计的模拟和计算，手工修改结构参数进行像差的校正；6、绘制相应的像差曲线图和计算数据报表；7、写出本次课程设计的心得体会。

第5章望远系统设计范例题目：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6倍；2、物镜的相对孔径D/f丄1: 4 （D为入瞳直径，D = 30mm）;3、望远镜的视场角2宀=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。

简述应用光学之双眼观察仪器当用双眼观察外界景物时，能够产生明显的远近感觉，这种感觉称为双眼立体视觉，简称为体视。

如果使用单眼望远镜或单眼显微镜观察时，就不能产生体视，因而也就影响观察效果。

为了在使用仪器观察时仍能保持住人眼的体视能力，所以必须采用双眼仪器 ,如双眼望远镜和双目显微镜。

图1当使用双眼仪器时，人眼的体视能力不仅可以保持，而且还可以得到提高。

人眼能否分辨出两个物点A和B的远近，取决于此二物点对应的视差角之差 (αA-αB)，图1所示。

假定人眼直接观察某一物体时对应的视差角为α眼，当使用仪器观察时对应的视差角为α仪，二者之比称双眼仪器的体视放大率，用∏表示：假如人眼左右二瞳孔之间的距离为b，物体距离为l，则直接观察时的视差角α眼为假如双眼望远镜的二入射光轴之间的距离为B，称为该仪器的基线长，则同一物体对仪器的二入射瞳孔构成的视差角α为如果系统的视放大率为Γ，则物方视差角α和像方视差角α′在角度不大的条件下存在以下关系α′显然就是人眼使用仪器以后所对应的视差角α仪，即那双眼仪器的体视放大率就为取人眼两瞳孔之间的距离b的平均值62mm，代入上式就得到体视放大率的近似公式为上式中仪器的基线长度 B以米为单位。

体视测距仪是一种利用人眼的立体视觉来测量目标距离的仪器。

为了提高仪器的测量精度，必须增大仪器的体视放大率∏。

由上式可以看到，要增大体视放大率，一种途径是增大仪器的视放大率Γ，另一种途径是增大仪器的基线长度B。

双眼仪器的体视误差，显然应比人眼直接观察时的体视误差小∏倍。

双眼仪器的体视误差公式为：式中 l和B均以米为单位。

例如，一个基线长为1m，视放大率为10×的体视测距仪，当测量1000m远的目标时，其测距误差为为了使人眼能够形成良好的体视感，双眼仪器左右两个光学系统必须满足以下的要求：（1）双眼仪器左右两个光学系统的光轴要平行；（2）两个光学系统的视放大率应该一致；（3）两个光学系统之间不应该有相对的像倾斜。