单筒望远镜结构设计毕业论文.doc

《单筒望远镜结构设计毕业论文.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《单筒望远镜结构设计毕业论文.doc（42页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。

1、本科毕业设计(论文)题目：单筒望远镜结构设计系 别： 专 业： 班 级： 学 生： 学 号： 指导教师： 年 月II毕业设计（论文）任务书系别 专业 班级 姓名 学号 1.毕业设计(论文)题目： 单筒望远镜结构设计 2.题目背景和意义：作为一名仪器方向的学生，应全面掌握光学仪器的设计。单筒望远镜又是最典型的一款光学仪器，从结构到光学设计都较简单而典型。本课题的主要内容是训练学生如何设计一个单筒的光学仪器，包括总体设计、结构设计，物镜、目镜选择等。已适应日后工作的需要。3.设计(论文)的主要内容(理工科含技术指标)： (1)设计一个单筒刻卜勒望远镜 (2)放大率8倍，视场角5度，带转像系统，5个

2、可调视度，并能防脱 (3)根据总体结构设计各功能部件的结构 (4)外型尺寸合理 (5)用CAD出工程图，不少于20张。4.设计的基本要求及进度安排(含起始时间、设计地点)：测量原理正确、总体结构设计合理、零部件结构设计正确、工艺可行。设计地点在校内。 第13周 熟悉任务书，查询和阅读相关资料，方案论证，制定总体方案。 第46周 熟悉并掌握基于CAD设计机械结构的方法。 第710周 望远镜光路系统的设计。 第1115周 总体结构设计，零部件结构设计。 第1617周 书写毕业设计论文。 第18周 修改、完善毕业设计论文并打印；准备答辩。 5.毕业设计(论文)的工作量要求 实验(时数)*或实习(天数

3、)： 图纸(幅面和张数)*： 不少于20张 (A4) 其他要求： 撰写15000字论文 指导教师签名： 年 月 日 学生签名： 年 月 日 系主任审批： 年 月 日说明：1本表一式二份，一份由学生装订入册，一份教师自留。2 带*项可根据学科特点选填。II单筒望远镜结构设计摘 要本文设计的是刻卜勒式的单筒望远镜。单筒望远镜的主要结构有物镜系统、转像棱镜系统、分划板以及目镜系统这几个部分。根据设计要求，本文设计出了具有8倍放大倍率、5度的视场角、5个可调视度，并且带有转像系统以及合理的防脱装置。在设计过程中根据望远镜的成像原理完成了物镜焦距、目镜焦距、入瞳直径、视场光阑通光口径、分划板直径、目镜通

4、光口径、棱镜通光口径、出瞳口径、像方视场角、系统总长度等基本光学尺寸的设计，并根据相关尺寸完成了光学元件的选型及各部件固定结构的设计，然后根据以上内容的确定进一步完成了望远镜的结构设计。最后，结合上述设计内容利用Auto CAD制图软件绘制出其装配图和零件图，包括单筒望远镜的总体结构图、物镜部分、棱镜部分、分划板部分及目镜部分等各个部分单独的装配结构图，并进一步完成了各部分装配所需要的零件图及相应的说明。关键词：单筒望远镜；光路原理；结构设计ISingle Binoculars Structure DesignAbstractThis design is inscribed prevert t

5、he single binoculars, type. The main structure single binoculars a telescope system, turn like prism system, partition board and eyepiece system this several parts. According to the design requirements, this paper designed a has eight times magnification, 5 degree view Angle, five adjustable visual

6、degrees, and turn like system and reasonable with the resistance from device. In the design process according to the principle of imaging telescope finished the telescope focal length, the eyepiece focal length, diameter, view the pupil caliber, the optical aperture diameter, eyepiece tong help boar

7、d caliber, the prism the optical light caliber, caliber, the pupil like square view Angle, the system total length of basic optical size designed, and according to relevant size completed the selection and optical component fixed structure design of components, and then based on the above content de

8、termination to further completed the telescope structure designing. Finally, a combination of these design content using Auto CAD mapping software plot its drawings and parts graph, including single binoculars structure, the overall objective part, prism part, partition board part and to the eyepiec

9、e parts for each part separate assembly charts, and further finished parts assembly needed parts graph and the corresponding explanation.Key Words: single binoculars; light path principle; structure designII目 录1 绪论11.1课题研究的背景及意义11.1.1 课题研究的背景11.1.2 课题研究的意义11.2现状及展望11.2.1 现状11.2.2 展望趋势31.3论文的组织结构42 望

10、远镜设计原理52.1望远镜工作原理52.2转像棱镜系统53 望远镜系统设计及元件的选型73.1技术要求73.2系统光学参数的理论计算73.2.1 通过“未加入棱镜”的望远镜系统计算出主要的参数73.2.2 通过加入棱镜后的望远系统得到剩余的结构参数93.3望远镜元件的选型113.3.1 物镜的选型113.3.2 目镜的选型123.3.3 分划板的设计133.3.4 转像棱镜的选型133.4目镜视度的计算164 结构设计184.1望远镜总体结构184.2各部件的结构图184.2.1 物镜组结构图184.2.2 棱镜组结构图214.2.3 目镜组结构图245 结论315.1总结315.2体会31参

11、考文献32致 谢33毕业设计（论文）知识产权声明34毕业设计（论文）独创性声明35附图36361 绪论1 绪论1.1课题研究的背景及意义1.1.1 课题研究的背景长久以来，人们仰望天空，看见日月星辰东升西落，有过天圆地方、地心说、日心说等宇宙模型。从前，人们只能用肉眼对星空进行观察，观测范围非常局限，所得的数据资料也就非常有限。光学望远镜从诞生至今将近400年，出现了折射望远镜、反射望远镜、折反射式望远镜和空间望远镜等多种类型的望远镜，不断推动着天文学和物理学的发展。作为一名光学专业、仪器方向的学生，应全面掌握光学仪器的设计。应用光学是光学专业的重要课程，通过应用光学课程的学习，对望远系统及望

12、远镜的基本理论知识及结构已经清楚了解。单筒望远镜是其中最典型的一款光学仪器，从光学原理的设计到机械结构都比较简单而且典型，现在也已经具备了简易望远镜设计的能力。应该运用所学知识，独立完成其光路、结构的设计。1.1.2 课题研究的意义望远镜是一种用于观测远距离物体的目视光学仪器，通过望远镜可以把远物很小的张角按一定倍率放大，使本来无法用肉眼看清或分辨的物体清晰可辨。它是一种很重要的观测设备，应用广泛。可以通过理解、应用前人的经典设计，完成简易望远镜的结构设计，包括成像原理，整体构造。从而清楚地了解望远镜的基本结构，进而深入到人们对宇宙、天象的观测途径及其具体探测系统的结构的设计，以增强自身对光学

13、仪器设计乃至光学探测研究的兴趣。通过完成毕业设计课题任务以及撰写论文等诸环节，着重能够培养大学生的综合分析和解决问题的能力及独立工作能力、组织管理和社交能力；同时，对大学生的思想品德，工作态度及作风等诸方面都会有很大的影响。对于增强事业心和责任感，提高毕业生的全面素质具有重要意义。1.2现状及展望1.2.1 现状光学望远镜从诞生至今，出现了折射望远镜、反射望远镜、折反射式望远镜和空间望远镜等几种望远镜，不断推动着天文学和物理学的发展，并且早已经广泛使用在生活的各个方面。西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文）a. 折射望远镜1608年，荷兰眼镜商人李波尔赛制造了人类历史上第一架望远镜。16

14、09年，伽利略(Galleo，G15641642)根据“折光理论的深邃研究”，用平凸透镜作为物镜，凹透镜作为目镜制作了一架望远镜。这种光学系统称为伽利略式望远镜。伽利略把望远镜对准天空，得出了一系列重要的发现（如1610年初发现的木星的四颗主要卫星），开创了天文学史上的第一个黄金时代。1611年，德国天文学家刻卜勒(Kepter，J15711630)用两片双凸透镜分别作为物镜和目镜制出了另一种望远镜，天文望远镜采用的就是刻卜勒式望远镜。现在的折射望远镜还是这两种形式。1757年，杜隆通过研究玻璃和水的折射和色散，建立了消色差透镜的理论基础。接下来的一段时间里，折射镜得到了不断的改良，制出了许多

15、大口径消色差望远镜。然而，折射镜总是有残余的色差，对紫外、红外波段的辐射吸收很厉害，大块完整的玻璃难以铸造，重力容易使大尺寸透镜产生形变，折射镜有着许多的不足。b. 反射望远镜 1668年，牛顿(Newton，I16421727)用2.5厘米直径的金属，磨制成一块凹面反射镜，并在主镜的焦点前面放置了一个与主镜成45角的反射镜，使经主镜反射后的会聚光经反射镜以90角反射出镜筒后到达目镜，制成了反射望远镜。1918年末，口径为254厘米的胡克望远镜(Hooker telescope)投入使用，它第一次揭示了银河系的真实大小和我们在其中所处的位置，更为重要的是，哈勃(Hubble，EP1889195

16、3)的宇宙膨胀理论就是用胡克望远镜观测的结果。相对于折射镜，反射镜没有色差，容易制作；但它也存在固有的不足：如口径越大，视场越小，物镜需要定期镀膜等。c. 折反射式望远镜随后又出现了能兼顾折射和反射两种望远镜优点的折反射式望远镜，非常适合业余的天文观测和天文摄影，并且得到了广大天文爱好者的喜爱。它的特点是相对口径很大(甚至可大于1)，光力强，视场广阔，像质优良。适于巡天摄影和观测星云、彗星、流星等天体。d. 空间望远镜 自七十年代以来，在望远镜的制造方面有了许多新技术，涉及光学、力学、计算机、自动控制和精密机械等领域，使望远镜的制造突破了镜面口径的局限。 然而，由于地球大气对电磁波的吸收作用，

17、地面观测具有严重的局限性。物理学在不断地发展，直到人造卫星上天，航天技术逐渐成熟，空间天文学才兴起。1990年4月24日，由美国国家航空与航天局(NASA)和欧洲空间局(ESRO)联合研制的哈勃空间望远镜(HST)的发射成功，是天文学走向空间时代的一个里程碑。空间观测与地面观测相比，有极大的优势：没有了大气层的干扰，恒星不再闪烁。分辨率比起地面的大型望远镜提高了几十倍。灵敏度的提高，使可观测的天体迅速增加。空间没有重力，仪器就不会因自重而变形。频率覆盖范围也大大地变宽，全波段天文观测成为可能，对于光学望远镜，可以接收到宽得多的波段。就哈勃空间望远镜而言，主望远镜是口径为2.4米的反射望远镜，还

18、携带了广角行星照相机，暗弱天体照相机，暗弱天体光谱仪，高分辨率光谱仪，高速光度计，成像光谱仪，近红外照相机，多目标摄谱仪，高级普查摄像仪，高新巡天照相机等精密仪器，观测范围早已突破了可见光波段，向红外和紫外两端延伸。其功能之强大，在天文学的许多领域中作出了巨大的贡献，如：银河系中心、双星系统、近邻星系、宇宙早期星系、黑洞、可能行星系统的存在研究，哈勃常量H0的测定等等。 目前为止，我国已经完成了LAMOST（大视野多光纤摄谱仪计划），可以说代表了我国望远镜的最高成就。LAMOST是一架反射施密特望远镜，是目前世界上最大的大视场望远镜，焦面上设置4000根光纤，成为目前世界上获取光谱能力最强的仪

19、器。1.2.2 展望趋势望远镜的研究和使用到了今天这个地步，已经取得了非常大的成果，小至旅游外出的基本望远，大到为人类对天体观测及研究做出了最大的贡献。望远镜在以后的生活中将会发挥更大的作用。a. 大型化建造现代大型望远镜的目的是提高集光能力和分辨能力，以观测更暗天体和分辨细节。提高集光能力就要增大物镜的口径。无论是光学望远镜还是射电望远镜，都在朝着大型化的趋势发展。许多在研或者预研究的大型望远镜正在各个国家开展。b. 太空化地球上，光学望远镜会受到大气污染的影响，射电望远镜会受到寻呼机、手机等电磁波发射台站的干扰。因此科学家把越来越多的天文望远镜送上了太空。九十年代哈勃望远镜的发射标志着望远

20、镜太空化时代的到来。现在科学家们的想法是在月球上建造天文望远镜。c. 与其它学科的关联越来越大现代天文望远镜的发展使工艺和技术发展到了极点。当代的许多技术如电子技术、计算机技术、激光技术、核辐射技术等都被应用到天文望远镜中来。传统的望远镜实现了更新换代，以多镜面的拼合并结合主动光学和自适应光学技术，制造出突破单面镜极限的大口径望远镜射电干涉仪和综合孔径射电望远镜的问世，大大提高了分辨率，实现了射电成像。d. 国际间的合作加强尤其是以美国国家宇航局和欧洲宇航局及南方天文台为首的国际间合作越来越多。许多重大项目都需要国际间的携手合作，探测精度越来越高。由于光电器件的飞速发展，系统探测的灵敏度、信噪

21、比等综合性能得到了极大的提高。而作为开启宇宙“第一撇”的刻卜勒太空望远镜，其探索宇宙的伟大任务的顺利完成，将为科学家们解答地球是否独一无二的问题。说明这不仅仅是一项科学任务，更是具有跨时代意义的计划，并将在以后的发展过程中承担更为艰巨的任务，科学家们将会投入更多的精力不断研究、创新。未来，望远镜将建得更大，飞得更高，功能更强，不断将人类的视野和思维向外延伸。为了观测到更加遥远空间中的精微天文现象，比如和地球类似大小行星引发的恒星速度摆动，人们还在不断修建更大、更强的望远镜。1.3论文的组织结构本论文的组织结构如下：第一章：主要介绍了课题设计的背景及意义、望远镜发展的历史及现状，并对望远镜的未来

22、的发展前景做了简单的介绍。第二章：介绍了望远镜设计的基本原理和成像的重要组成部分棱镜转像系统的原理。第三章：根据设计望远镜的技术和设计参数的要求，完成了光学尺寸的计算以及物镜、目镜、棱镜的选型。第四章：描述望远镜各部分的结构及各部件之间的装配原理及作用，并完成了望远镜的总装配图及各部分的零件图。第五章：介绍了在完成了单筒望远镜结构设计后的心得体会。 2 望远镜设计原理2 望远镜设计原理2.1望远镜工作原理如图2.1所示，刻卜勒望远镜由两个凸透镜构成：用一个长焦距的凸透镜作物镜（放大倍数小），用一个短焦距凸透镜作目镜（放大倍数大）。物镜框作为孔径光阑，同时也是入射光瞳；视场光阑设在目镜的物面处；

23、分划板设置在物镜焦平面上；出射光瞳位于目镜像方焦点外不远处（可与眼瞳重合）观察者在此观察成像情况。刻卜勒望远镜的物镜像方焦点与目镜的物方焦点重合，光学间隔为零，平行光射入望远系统后仍以平行光出射。从无穷远处射来的光线近似于平行光，进入望远镜后，在像方焦面上成一个倒立的、缩小的实像；该像又作为目镜的物，经目镜放大成像在无穷远处。因此，用它观察物体时，正常人的眼睛无须调节，观察时亦不易疲劳。刻卜勒望远镜光路图如下：-D目镜f 0物镜-feD 孔径光阑(入瞳)F1 （F2）出瞳WF2-W视场光阑（分划板）图2.1 刻卜勒望远镜原理图2.2转像棱镜系统转像棱镜部分是望远镜成像原理的核心之一。由于通过目

24、镜所成的像为一倒立的虚像，要想观测到正立的像就需要在物镜后面加上正像系统。西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文）如图2.2所示，正像系统可采用普罗I棱镜正像系统2个相互垂直的等腰直角棱镜，利用全反射原理，把光路折曲。这种系统的优点是在正像的同时将光轴两次折叠，从而大大减小了望远镜的体积和重量。普罗I棱镜光路图如下： 图2.2 普罗I棱镜光路图3 望远镜系统设计及元件的选型3 望远镜系统设计及元件的选型3.1技术要求要求设计一个单筒刻卜勒望远镜：放大率为8倍，视场角2为5度，带转像系统，5个可调视度，并且能够防脱。3.2系统光学参数的理论计算3.2.1 通过“未加入棱镜”的望远镜系统计算出

25、主要的参数望远镜光路原理图如下所示1： hz目hz分felzf 0DWWBAO4O3O2O1D物镜（入瞳）（视场光阑）分划板目镜出瞳图3.1 望远镜设计原理图参数设定：物镜到目镜的光路为180mm，出瞳直径为2mm。已知：= 8，2= 5。由此设计参数计算以下参数：a. 物镜焦距f 0以及目镜焦距 f 0 +f e =180 = - f 0/f e =8 (3.1)得物镜焦距f 0 = 160 mm目镜焦距f e = 20 mm西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文）b. 入瞳直径D根据放大倍数： (3.2)有 = 2mm则 D = 2= 16 mmc. 视场光阑通光口径在Rt 三角形O1

26、O2A中（见图3.1），由几何关系得 (3.3)得 所以视场光阑通光口径：mmd. 分划板直径DF DF = 2 (3.4)得 DF = 26.9858 = 13.9716 mme. 目镜通光口径在三角形O3O1B中，由图3.1的几何关系得到目 (3.5)故 目2目mmf. 像方视场角由 (3.6)得 从而 则 g. 入瞳距由于入瞳位置与物镜重合，所以 (3.7)h. 出瞳距 在三角形O3O4B中，由几何关系得 目/ (3.8)得 i. 系统总长度 (3.9)得 3.2.2 通过加入棱镜后的望远系统得到剩余的结构参数为了方便后文计算过程中关系量的运用，先进行棱镜通光口径的计算2。由于分划板的通

27、光口径小于物镜通光口径，所以可以由下图计算棱镜的通光口径：f 0edDDFD棱镜a图3.2 棱镜通光口径计算几何图注：d 表示直角棱镜的等效空气板厚度；e 为前一面棱镜到分划板距离。由图3.2及图3.3可知：D棱镜 = DF +2(d+e)a (3.10)其中a = (86.9858)/160 = 0.00634由于a值很小，所以棱镜通光口径可取分划板通光口径的近似值即 D棱镜 13.9716mm棱镜通光口径的计算完成，下面进行加入棱镜后的望远镜系统剩余参数的计算。加入棱镜后的望远镜系统的示意图如下所示3：ddD棱镜c=2mmxDABOa =14 mmf 0 OO 图3.3 望远镜光路图(加入

28、棱镜后)注：x表示物镜到第一块直角棱镜的距离；a表示最后一面棱镜到分划板的距离（设定a=14mm）；c表示两块直角棱镜间的距离（棱镜采用K9玻璃，两棱镜间隔25mm，此处选取2mm）；d 表示直角棱镜的等效空气板厚度；D棱镜表示棱镜的通光口径。（折射率n=1.5163）a. 由图3.3中的几何关系，可知 (3.11)由公式3.10所得结果已知D棱镜 =13.9716mm从而 L棱镜 =2D棱镜 =27.9432mm由 d =L棱镜/n (3.12)得 所以可以求得 像点轴向位移长度l = L棱镜 (11/n) (3.13)得 l = L棱镜(11/n) = 27.943218.4285 = 9

29、.5147mmb. 实际系统拉直后的总长度=L+l (3.14)得 = L+2l = 202.5013+29.5147 = 221.5307mmc. 两棱镜中折转光路的长度 y = 2 L棱镜 (3.15)得 y = 227.9432 = 55.886mmd. 实际系统总长度= (3.16)得 =162mm3.3望远镜元件的选型3.3.1 物镜的选型望远镜物镜的常用类型包括：双胶合物镜、双分离物镜、双单（单双）物镜、三分离物镜、摄远物镜以及对称式物镜。根据系统设计要求以及3.2节中的计算结果，可以整理出物镜的光学特性参数为：通光口径D = 16 mm；焦距 f0 = 160 mm；视场 2=5

30、；入瞳位置与目镜重合 lz = 0；从而我们可以得到相对孔径：D/f0=16/180 = 0.0889。可见相对孔径很小，视场2=5也不大，并且对物镜系统的长度没有特殊的要求，对照光学仪器设计手册（上册），最终决定选取结构满足要求的“双胶合物镜”。此外，胶合物镜工艺简单，且光能损失少4。其示意图如下所示：图3.4 双胶合物镜选取最接近设计要求的结构参数如表3.1所示：表3.1 双胶合物镜的结构参数曲率半径厚度玻璃面序号50.166空气ST0-43.5632K92-232.4795.055ZF133.3.2 目镜的选型常用目镜的类型包括：简单目镜（冉斯登、惠更斯目镜）、凯涅耳目镜、对称式目镜、无

31、畸变目镜以及广角目镜。根据系统设计要求以及3.2节中的计算结果，可以整理出目镜的光学特性参数为：目镜放大率 = 12.5 出瞳直径 D= 2 mm；焦距 = 20 mm；视场 ； 出瞳距 lz= 22.5013 mm。由于其视场2w 较大，并且2w=38.512o，其视场取值范围在400左右5。对照光学仪器设计手册（上册），最终决定选取结构最符合设计要求的编号为2-10的对称式目镜。目镜示意图如下所示：图3.5 对称式目镜目镜其结构形式如下表所示： 表3.2 目镜的结构参数rdnD50.3516.595-20.720.7-16.595-50.351.550.351.51.61641.51631

32、.51631.61643.3.3 分划板的设计分划板是上面刻有十字线或者刻度的平面平板，它可以用于光学仪器的瞄准或者测量角度和测量距离等等。为了实现调节和测量，物镜和目镜之间装有分划板。通过调节目镜可改变目镜和分划板的距离，使十字叉丝与目镜的前焦面重合6。在这次望远镜结构设计中它的作用是瞄准、测量距离，位于物镜焦平面处，物镜所成的像经过棱镜后落在分划板上，然后再经过目镜完成对物像的放大。十字丝分划板示意图如下：图3.6 十字丝分划板示意图如图3.6所示，望远镜的十字丝分划板，在同一平面带有视距刻度线，横丝和纵丝相互垂直。分划板的直径为16mm，厚度5mm，视距分划以被测目标高度为2m进行设计7

33、。测量范围由400m到2000m，当在1000m内，视距分划每小格格值50m，每大格格值为100m；在1000m到2000m，每小格格值为100m，每大格格值为500m。其距离计算公式为L=L1H/2 (m) (3.17)注：式中L-观察者至目标实际距离(m)；L1-观察者至测量目标的距离(m)(按照目标高度为2m的视距分划和方法进行测量)；H-目标高度(m)。3.3.4 转像棱镜的选型a. 选用普罗I型转向棱镜系统的两个原因(1) 由望远镜的放大率公式 = -/ 又因为刻卜勒望远镜的和都为正值时，为负值8。也就是说不加转向棱镜时，该望远镜系统成倒立的像，给观察和瞄准带来极大不变。普罗I型棱镜

34、具有转像的作用，所以选用它来把倒立的像“正”过来。(2) 普罗型棱镜自身原理及结构普罗I型棱镜主截面相互垂直，利用全反射原理，正像的同时将光轴两次折叠9。x沿着光轴方向，第一个棱镜使y方向相反，第二个棱镜使z方向相反，最终使得y与y反向，z与z反向，物像相反10。从而把物镜系统的倒像变成正像。这种系统的优点是不仅可以用来减小系统尺寸，而且还大大减小了望远镜的体积和重量。b. 普罗型棱镜的展开(1) 系统结构由两块二次反射直角棱镜组成，它们的主截面互相垂直。普罗I棱镜结构如下所示：xzyzyxy zx 图3.7 普罗I型棱镜(2) 普罗型棱镜的展开成等效玻璃板 展开成等效玻璃板的合理性：构成普罗

35、I型棱镜的直角棱镜所起作用相当于平面镜，主要是折转光路和转像的作用，如果不考虑反射面的作用，光线在两折射面间的行为与一个平行平板等效。等效成玻璃板后，可以大大简化实际光学系统的计算11。 展开方法：在棱镜的主截面内，按反射面的顺序连续翻转180，以反射面与主截面的交线为轴，依次按反射面顺序做镜像，便可得到棱镜的等效平行平板。棱镜展开图如下所示：D棱镜L棱镜图3.8 棱镜展开图(3) 玻璃板再等效成空气板等效成空气板的合理性：玻璃板在近轴区内以细光束成像，不管物体位置如何，其像均可认为是由物体移动一个轴向位移而得到的，利用这个特点可以把平行平板简化为等效空气平板12。等效空气板的作用：将平行平板

36、等效成空气板后，只需计算出无玻璃板时的像面位置，再沿轴向移动一个轴向位移，就可得到有玻璃板时的实际像面的位置，避免了直接折转光路进行计算，给光学系统的外形尺寸的计算，带来极大好处。普罗I型棱镜等效空气板的计算如下：l 2A AL棱镜d ddl 1l图3.9 等效空气板等效空气板厚度：d = L棱镜 / n =18.4285mm； (3.18)像点后移距离：l = L棱镜 (1-1/ n) = 9.5147mm； (3.19)结合前面计算需要，上面公式中的数值已经在3.22节中完成。3.4目镜视度的计算为了使目镜适应于近视眼和远视眼的需要，目镜要有视度调节的能力。对于正常眼而言，分划板的位置应在

37、目镜的物方焦平面处，而对于近视眼和远视眼来说，由于人眼视差的存在，必须使目镜的物方焦平面与分划板的相对位置有一定量的移动，以便看清楚分划板像13。当观察者为近视眼时，目镜要向分划板方向移动，当观察者是远视眼时，目镜要向远离分划板方向移动。如下图3.10所示，目镜的前焦点F2相对物镜的后焦点F1向左移动，故取负值14。这时被物镜所成的中间像点A相对目镜的前焦点F2的距离= -。用r表示人眼的远点距离，Ar表示远点位置，表示Ar点到目镜后焦点F2的距离，c表示由目镜后焦点到人眼的距离，则有= r+c。对目镜应用牛顿公式= - (3.20)则得到= (3.21)目镜视度调节示意图如下：ArcF2-x

38、-rF2 F1 Ax=出瞳目镜分划板图3.10 目镜视度调节示意图为了使近视眼看清楚目镜所成的像，必须把像由无穷远调到近视眼的远点Ar上15。因为人眼的调节视度为N=1000/r，所以r =1000/N。将其代入上式，则得= (3.22)因为仪器的出瞳在目镜的后焦点附近，即|c|r|，故可把c忽略不计16，最后得= (3.23)根据要求视度应对非正常眼调节N= 5个折光度，故上式为= 其中，f2为目镜的焦距，f2 =20mm。计算得 =2mm。4 结构设计4 结构设计4.1望远镜总体结构望远镜由物镜系统、棱镜系统、分划板、目镜系统四部分构成，各部分之间由带有螺纹的镜筒链接起来，同时还有螺钉用来紧固部分部件17。望远镜总体结构图如下所示：图