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光学课程设计
指 导 书

应用光学课程设计任务书
一、 课程设计题目
内调焦准距式望远系统光学设计
二、 设计要求
内调焦准距式望远系统是工程用水准仪的照准望远镜,其作用是观察和照准目标。
要求仪器体积小、重量轻,便于携带,成像清晰,使用和保养方便。
具体技术要求如下:
放 大 率: 24
加 常 数:c = 0
分 辨 率: 4 最短视距:Ds2m
视 场 角:2w 1.6 筒 长:LT195mm
乘 常 数:k = 100
三、 设计题纲
1、技术参数选择;
2、外形尺寸计算;
3、结构选型;
4、初始结构参数求解;
5、像差校正;
6、绘制光学系统图与光学零件图;
四、 计划进度
1、布置任务,专题讲座 1.5 天
2、参数选择及外形尺寸计算
1 天
3、结构选型与初始结构参数求解 1.5 天
4、像差校正与像差自动平衡 2.5 天
5、目镜选择及缩放 0.5 天
6、绘制光学系统图和光学零件图 1.5 天
7、编写设计报告 1.0 天
8、答 辩 0.5 天
共 计 10 天
五、 考核方式
考勤与表现+完成任务情况+报告图纸评分+答辩情况

第一章 内调焦准距式望远系统
内调焦准距式望远系统是各种工程水准仪的主要部件之一,其主要作用是观察并照准竖立在测站
上的水准标尺。照准标尺目标后,通过标尺像上的视距丝,读取分划板上视距丝对应的标尺读数,即
可得到标尺到仪器转轴的距离及标尺与仪器间的高度差。
§1-1 望远镜的调焦
望远镜的调焦是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。望远镜的调焦有如下二种方式:
一、 外调焦
外调焦是通过移动望远镜的目镜和分划板来实现的,即当观察有限距离的物体时,将目镜和分划
板一起向后移动适当的距离,使有限距离的物体仍然成像在分划板上,供目镜观察,如图 1-1 所示。
内调焦的优点是结构简单,成像质量好。缺点是外形大,密封性差。
二、 内调焦
L
2
P
-l
1
(Ds)
f
1
f
2
L
L
1
图 1-1 外调焦望远镜系统
L
3
2
P
L
1
2
L
2
-l
1
(Ds)
d
0
d
d
L
f
12
f
3
H
F
12
图 1-2 内调焦望远镜系统

1 内调焦望远系统
内调焦望远系统物镜由两个光组组成,其中一个称为主物镜,一个称为调焦镜。在调焦过程中,
目镜和分划板固定不动,通过移动调焦镜来实现对远近不同距离的物体进行调焦。如图 1-2 所示。
内调焦望远物镜的筒长比其组合焦距短,因此,在相同放大倍率的情况下,内调焦望远镜比外调
焦望远镜筒长短。由于其筒长缩短,可以使仪器外形尺寸缩小,结构紧凑,携带方便,密封性好。因
此,在水准仪、经纬仪、测距仪及全站仪等大地测量仪器中,多采用内调焦望远镜作为观察照准系统。
当然,相对于外调焦系统而言,内调焦系统的结构相对复杂,加工、装调要求较为严格。
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。
系统的调焦量可以通过如下两步分析确定。
1) 当对无穷远调焦时,因为 l
1
= -,l
1
= f
1
,则:
(1-1)
把物像关系的高斯公式用于调焦镜,即:
(1-2)
得:
(1-3)
于是,物镜的筒长为:
(1-4)
2) 当调焦至有限远距离-l 时,先求出物体经过主物镜 L
1
的像距 l
1
。移动调焦镜 L
2
,使所成像落在分划
板上,这时,分划板到主物镜的距离为 d,则系统的调焦量为:
(1-5)
由于 d = L-l
2
,将其与(1)式一起代入调焦镜物像公式(2),则有:
从中解出 d,得:
(1-6)
若以 l
1
= -D
s
的像距 l
1
代入,求得 d,即可由(1-5)式求得调焦镜的最大移动范围。
§1-2 光学测距原理

一、 光学测距原理与测距方程
为简单起见,我们以外调焦系统来分析说明光学测距原理。如图 1-3 所示,标尺 BC 位于离仪器转
轴 O 距离为 D 的测站 A 点处,成像在分划板上。分划板上刻有十字丝和一对水平视距丝,上下两视距
丝的间距是一定的。十字丝用于照准标尺,视距丝用于读取标尺上的读数。设视距丝的间距为 b,上
下视距丝在标尺上读数之差为 b,标尺到物镜主面的距离为 l。由图中几何关系有:
(1-7)
由图中相似三角形的关系,有:
得:
代入(1-7)式,得测距方程为:
D = k | b | + c (1-8)
式中: 称为乘常数,c =
+ f称为加常数。
为仪器转轴到物镜后主面 H的距离。
由于 k 和 c 都是已知的常数,因此,只要在分划板上读出上下视距丝在标尺上的读数差 b,就可以
求出标尺到仪器的距离 D 了。
二、 准距系统及准距条件
对于内调焦系统,测距方程仍然可以写成(1-8)式的形式,只是乘常数
(1-9)
加常数
-l
D
-f
l
A
B
C
b
视距丝
十字丝标尺像
转
轴
F
b
C
B
A
图 1-3 光学测距原理
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