双筒棱镜望远镜设计

1、汉口学院应用光学课程设计报告报告题目:双筒棱镜望远镜设计学生姓名: 学 号: 专业班级: 授课老师:二O 一四年双筒棱镜望远镜设计设计任务与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/f1: 4 (D为入瞳直径，D= 30mm；3、望远镜的视场角2 = 8°4、仪器总长度在110mn左右，视场边缘允许50%勺渐晕;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 5mm6、Iz >8 10mm目录一、外形尺寸计算 二、初始结构的选型 三、物镜初始结构参数的计算 四、物镜zemax的初始上机

2、数据及像差图示 五、物镜zemax的校正数据及像差图示外形尺寸计算已知望远镜参数:r = 6,入瞳直径D 30mm ,相对孔径 辛1: 4 , 2® = 8°, L=110mm视场边缘允许50%勺渐晕;棱镜最后一面到分划板的距离=14mm1、求 fi' , f2物镜焦距fi4 D 120mm目镜焦距f22、求D出瞳直径D 5mm3、求视场直径D 视=2 f1 tan4 二 16.7824mm4、求目镜视场2tan = tan 245.5该望远系统采用普罗I型棱镜转像，普罗I型棱镜如下图:丿11殛n<1口 t1*I lOnnini将普罗I型棱镜展开，等效为两块平

3、板，如下图:目撓爾S 25?0遵董25%二 d74乡a目镜口径D目无渐晕时候,现在有25%的渐D '晕，所以十I由设计要求：视场边缘允许50%勺渐晕，可利用分划板拦去透镜F部25%勺光，利用平板拦去透镜上部的 25%勺光，这样仅有透镜中间的50%勺光能通过望远系统，使像质较好。在上图中截取平板拦光部分的梯形进行研究,如下图，可得比例关系:h 7.5120 a8.3912 7.5120其中a为第二块平板的后表面到分划板的距离，根据要求，可取a 14mm。解得：h 8.287mm由此可得:等效平板厚度 D 2h 16.574mm所以棱镜展开的实际厚度：LKD33.148mm考虑到棱镜的装配

4、，取L33.5mm因此，等效空气平板厚度n 1.516322.1mm考虑到棱镜通光口径有限,因此需考虑到全孔径全视场的光线要能通过棱镜的第一个面（如下图），则物镜到第一个棱镜前表面的最其中c为物镜到第一个棱镜前表面的最小距离。g叫"712015实际物镜到第一个棱镜前表面的距离:c 120 a b 2d 59.8mm其中b为普罗I型棱镜系统的两棱镜的距离，根据要求，取b 2mm由c c知，设计满足实际棱镜通光口径的限制。二、初始结构的选型 根据设计技术要求与外形尺寸计算结果:,h物镜：D/f' 1: 4，28， f' 120mm8 10mm目镜：f 20mm 245.5

5、， D 5mm， lz由查阅资料与老师讲解知，物镜为大孔径小视场，而目镜为小孔径大视场系统，可知 双胶合物镜与凯涅尔目镜满足设计任务要求。望远镜：孔径大，视场小，所以轴外像差小，只需要校正轴上点 像差。两种轴上点像差：球差、位置色差。与孔径相关。其余轴外像差：与视场相关，但慧差与孔径和视场都相关，所以 也要考虑慧差。所以:对于物镜：校正球差、位置色差、慧差（用正弦差代替）对于目镜：大视场，小孔径。要校正：像散、场曲、畸变、慧差、 倍率色差。相关的结构特点，像差特性和光学性能如下:双胶合望远物镜，结构简单，制造和装配方便，光能损失较小。玻璃选择得当，可以同时校正球差，正弦差和色差。当高级球差得到

6、 平衡时，胶合面的曲率较大，剩余的带球差偏大。因而，双胶合物镜 只适用于小孔径的使用场合。常见的孔径如表所示。考虑到胶合面有脱胶的概率，双胶合物镜的口径不宜过大，最大口径为100mm双胶合物镜能适应的视场角不超过10。焦距f /mm501001000相对孔径D / f '1:31:51:41:51:61:81:10望远物镜通用的相对孔径凯涅尔目镜，接目镜为双胶镜，增加一个胶合面变数用来校正倍 率色差，且在校正倍率色差的同时可以把场镜和接目镜的间隔进一步减小，从而取得结构缩短，场曲减小的效果。光学性能：视场24050，相对镜目距p/f双胶合物镜的光学结构1l" i11/2。凯涅

7、尔目镜的光学结构三、物镜初始结构参数的计算1.求h，hz，J由设计条件，hzJ(u'D 15mm20孔径光阑在物镜框上n'u'y' 1.4089%' 0.125,y' fo'tg8.3912mm, n' 1)SpCp2. 求平板像差（由于含有平板，平板会产生像差，所以要用物镜的像差来平衡平板的像差）U=0.125，uz= 4 =-0.0698，d 2 33.5 67, n 1.5163,64.1n21d u40. 006096nSp(吃)0.003404u2d(n 21) u20. 003667n3. 求物镜像差双胶合物镜像差应该

8、与平行平板像差等值反号，据此提出物镜像差。（若不需平衡平板像差的话，取物镜像差都为 0）SiSIP0.006096 ；SiiSlip0.003404 ；0.003667(1)根据CC hCO.0036671200.0019562(15)根据S , S求P、S hP P0006096 0.0004064S rnP Jw wJ15 S0.0034040.00324531.0489将P、W规化成P、W0.20808- P 0.0004064(h )3(0.125) 30.2077 W 0.0032453W 2(h)2(0.125) 2物本身位于无穷远，则P P 0.20808,WW 0.2077求P

9、o取冕牌在前，则P0P 0.85(W0.1)20.19822(6)选玻璃根据C 0.001956与Po查阅光学仪器设计手册，选取K9-F5玻璃对。初始数据为:Wj =1.5163, Vj = 64_ 1:K, = 1_62472 八=35_9= 2.109844 , A = 2.416250.Jt = UM 125:j?. - 0:0976302=-4上86百£乙叫-0_076297(7)求形状系数QVA % =Q = Qc±=Qq ±0,213636取 .586682-0189919= -4J76631(8) 求归一化条件下透镜各面的曲率厂=申 十 0 = 2.

10、666737円=-十妙= 1.4196821 坷一1-/丁3 二/八-1z£l = -(XSSR76 61(9) 求薄透镜各面球面半径斤-773 = 84,526 沪/7q 二-M998 严77几二 T3M196(10) 求厚透镜各面球面半径.Y,| = 1341598|；yJ = 2.573714(.v,|= 0.835799凸透镜最小边缘厚度:£1业hLi-z' 10最小中心厚度:+ r, + k| = f凹透镜最小边缘厚度:1)4-8 a, -SM, 4 390332- 10最小中心厚度:叫 + 巧-Z652417四、物镜zemax的初始上机数据及像差图示1.

11、初始上机数据11嫌头故3翻绍（汶比晋旳和因朗加«曹;ECl旧:WH&alm）CSj aSROpHoraXO?=助1啊）jTi FjTeyssi:iZiOJCLiJJtSDJL-lBOetC!mmFD-nJLn LI 卜TCir-111IRigd虹弓L帚坤D3-44.373000r.-D3J41T|fi14.=DZJddgRZtrk3t4±dDZ*i粗Q丄9忙：IJ： MGDK14 T灯啊叭0?为咲IT吧Lrilkiiir=1IW12.像差图示2D草图1:Layouttl更新(Updat已)(U) S(Settings)&)打EPPrint)P')i

12、a 口(Window).(W)支本仃ext)(T> 给放Zoom)CZ)光线像差特性曲线 KVeVoer： e®£)呃 aecEX，.j"'v.PYTimMsvcrsE wry raw flotIFSr NOU H 30* MinnxiMun 3Cfi_E； t 20001”® g D Mfik .'a5LJI肝R 匚 E；LCNS mxCONFZCUftlflON 1 OF 1光路特性曲线1; OPD Fan口 K3更新(Upd或E)(U)设置("ttin関打0Pr!fit)CP)Bn(Window>(W)文本fT

13、extlfO 缩放(ZoonnjCZ)r-TZECFlL PATH DIFFEREMCEFK WQU H 3EHHMFKItlUn 5CF1LEJ 1 EBB .WOO HFIVE5.Djti I.-：-Q 咅suRFncE! innceLEM宣.rrixCaNFlGUR 冃TIOW 1 JF 1标准点列图1: Spot Diagram更新(Update)(U)设g(Settings)(S)打印(Print)(円S 口(WindGw),(W)文本fText)(T) SiftfZoomCZ)J*13-1*44 D. 1»1K D. EBTE 0, ga"Ta八jwi a.fl

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15、it-v|1 口 f 11117 j-src*3t an<TzdL13.p3 -13TLC.oomoof二it iz_±zra-i：3_l&20 匚V:t2Z匸7Jil*x3?Ee：2|3tdELH.! 5屮Vif.eiflsii亠hn営如彳I昭jtdDdj.zJIntULg-2.像差图示2D草图鮒 1: Layout Z 二 6795-17.32 一口医更新(UpdateXU) (Settings)(S)打印(PFint)(P)光线像差特性曲线1: Ray Fan更新(UpcbtE)(U) iSS(Settings)(S)打印(PHnt)(P) an(wirdow)(w)文本cr巳创(t缩啟f迁皿耐亿)TRFlMSVRSE RflY FFIW PLOTPHI NQM H 鋼LHriniinun 3cfile： t jdei.obd fcfl.O.MS B -：- Q 百SURFPlCei irlPlEELEW牙.测工COMIlGLlRFl