光学设计武汉大学光电信息工程系何平安教授2011年2011年9月光学设计-应用光学课程设计应用光学课程设计》《光学设计应用光学课程设计》课程设计任务书设计题目：设计题目：内调焦准距式望远系统光学设计设计要求：设计要求：用途：用作工程水准仪、经纬仪等仪器的照准望远镜，其作用作工程水准仪、经纬仪等仪器的照准望远镜，其作用是观察与照准目标。考虑野外使用特点，要求仪器使用和保养方便，体积小，重量轻，便于携带，成像清晰。主要技术参数：放大率：Γ≥24××分辨率：?≤4″″视场角：2w≤1.6°°长：LT≤195mm筒乘常数：k=100加常数：c=0最短视距：最短视距：Ds≥2m光学设计-应用光学课程设计应用光学课程设计》《光学设计应用光学课程设计》设计题纲：设计题纲：技术参数选择；结构选型；像差校正；外形尺寸计算；求解初始结构参数；绘制光学系统图与部分光学零件图。计划进度：计划进度：第1周：布置任务，第1专题讲座：外形尺寸计算；周：布置任务，第1第2周：第2专题讲座：初始结构参数求解；周：第2第3周：初始结构参数求解；第4~5周：第3专题讲座：ZEMAX使用，像差校正(上机)；4~5周：第3专题讲座：ZEMAX使用，像差校正(上机)第6~9周：第4专题讲座：AutoCAD上机制图；6~9周：第4专题讲座：AutoCAD上机制图；第10周：提交设计报告；光学设计-应用光学课程设计应用光学课程设计》《光学设计应用光学课程设计》考核方式：考核方式：平时(考勤、表现及能力)/设计报告/图纸/平时(考勤、表现及能力)/设计报告/图纸/答辩纪律：严格按作习时间上下课(14:55~17:25)；严格按作习时间上下课(14:55~17:25)；上下课点名，有事必须请假，经批准方可离开教室；按时按进度完成阶段性任务；进实验室必须登记，爱护设备；认真完成课程设计报告和要求的设计图纸。光学设计-应用光学课程设计应用光学课程设计》《光学设计应用光学课程设计》讲座1：内调焦准距式望远系统内调焦准距式望远系统内调焦准距式望远镜是各种工程测量仪器的主要部件之一，其主要作用是观察并照准测站上的水准标尺。照准标尺后，通过视距丝，读取分划板上视距丝对应的标尺读数，即可测得标尺与仪器(转轴)读数，即可测得标尺与仪器(转轴)的距离与高差。§1-1望远镜的调焦通过移动光学系统中某光学元件的位置，使远近不同位置的物体都能清晰地成像在分划板上。一、外调焦移动望远镜的目镜和分划板，使有限距离的物体仍成像在分划板上，供目镜观察。光学设计-应用光学课程设计应用光学课程设计》《光学设计应用光学课程设计》L1PL2f′1-l1(Ds)Lf′2外调焦望远镜系统外调焦的优点：外调焦的优点：结构简单，成像质量好。优点缺点：缺点：外形尺寸大，密封性差。二、内调焦物镜由两个光组组成(物镜由两个光组组成(主物镜+调焦镜)。调焦过程中，目镜和+)分划板固定不动，移动调焦镜来实现对物体进行调焦。光学设计-应用光学课程设计应用光学课程设计》《光学设计应用光学课程设计》L12L2PL32H′d0dLf′12?dF′12-l1(Ds)f′3内调焦望远镜系统1内调焦望远系统物镜的筒长比组合焦距短。内调焦比外调焦望远镜筒长短。优点：筒长缩短，外形小,结构紧凑,携带方便,密封性好。筒长缩短，外形小,结构紧凑,携带方便,大地测量仪器中，多采用内调焦望远镜作为观察照准系统。缺点：其结构相对复杂，加工、装调要求较为严格。其结构相对复杂，加工、装调要求较为严格。光学设计-应用光学课程设计应用光学课程设计》《光学设计应用光学课程设计》2内调焦系统的调焦量当观察从无穷远到有限远最短视距处的物体时，调焦镜在调焦过程中的最大移动量称为调焦量。焦过程中的最大移动量称为。系统调焦量的确定1)当对无穷远调焦时，因为l1=-∞，l1′=f′1，则：当对无穷远调焦时，因为l′l2=l1-d=f1′0-d把物像关系的高斯公式用于调焦镜，得：于是物镜的筒长为：?d0?′′′?-?lF=l2=f12?1f1′????d0?′′?-?L=lF+d0=d0+f12?1??f1′?光学设计-应用光学课程设计应用光学课程设计》《光学设计应用光学课程设计》2)当调焦至有限远距离时，先求物体经过主物镜L1的像距l′1。当调焦至有限远距离-l时先求物体经过主物镜L的像距l移动调焦镜L移动调焦镜L2，使所成像落在分划板上。设这时调焦镜到主物镜的距离为d物镜的距离为d，则系统的调焦量为：?d=d–d0由于d由于d=L-l′2,即：l′2=L-d,又：l2=l′1-d,代入调焦镜物像