雙筒棱鏡望遠鏡設計

1、漢口學院應用光學課程設計報告報告題目：雙筒棱鏡望遠鏡設計學生姓名：學號：專業(yè)班級：授課老師：精品二O一四年十一月雙筒棱鏡望遠鏡設計設計任務與要求雙筒棱鏡望遠鏡設計，采用普羅I型棱鏡轉像，系統(tǒng)要求為：1、望遠鏡的放大率r=6倍；2、物鏡的相對孔徑D/f'4:4（D為入瞳直徑，D=30mm）;3、望遠鏡的視場角23=8°4、儀器總長度在110mm左右，視場邊緣允許50%的漸暈；5、棱鏡最后一面到分劃板的距離>=14mm,棱鏡采用K9玻璃，兩棱鏡間隔為25mm。6、lz>810mm目錄一、外形尺寸計算二、初始結構的選型三、物鏡初始結構參數(shù)的計算四、物鏡zemax的初始上

2、機數(shù)據(jù)及像差圖示五、物鏡zemax的校正數(shù)據(jù)及像差圖示設計步驟一、外形尺寸計算已知望遠鏡參數(shù)：r=6,入瞳直徑D30mm,相對孔徑旦1:4,2=8°,L=110mm;f視場邊緣允許50%的漸暈；棱鏡最后一面到分劃板的距離=14mm1、求fl',f2'物鏡焦距f；4D120mm一'目鏡焦距f2f120mm62、求D'出瞳直徑d15mm3、求視場直徑1D視=2f1tan4=16.7824mm4、求目鏡視場2tan=tan245.5該望遠系統(tǒng)采用普羅I型棱鏡轉像，普羅I型棱鏡如下圖：將普羅I型棱鏡展開，等效為兩塊平板，如下圖:三W子室 25%棱鏡 25%&a

3、mp;=2(7>/坦"22.DSf«J;r目鏡口徑D目無漸暈時候，-，現(xiàn)在有25%的漸暈，所以由設計要求：視場邊緣允許50%的漸暈，可利用分劃板攔去透鏡下部25%的光，利用平板攔去透鏡上部的25%的光，這樣僅有透鏡中間的50%的光能通過望遠系統(tǒng)，使像質較好。在上圖中截取平板攔光部分的梯形進行研究，如下圖，可得比例關系:h 7.5120 a8.3912 7.5120其中a為第二塊平板的后表面到分劃板的距離，根據(jù)要求，可取a14mm。解得：h8.287mm由此可得：等效平板厚度D2h16.574mm所以棱鏡展開的實際厚度：LKD33.148mm考慮到棱鏡的裝配，取L33.

4、5mm一一，一、I335因此，等效空氣平板厚度d-3322.1mmn1.5163考慮到棱鏡通光口徑有限，因此需考慮到全孔徑全視場的光線要能通過棱鏡的第一個面（如下圖），則物鏡到第一個棱鏡前表面的最小距離必須滿足：其中c為物鏡到第一個棱鏡前表面的最小距離。120-c8.287一=>=53,712015實際物鏡到第一個棱鏡前表面的距離：c120ab2d59.8mm其中b為普羅I型棱鏡系統(tǒng)的兩棱鏡的距離，根據(jù)要求，Wb2mm由cc知，設計滿足實際棱鏡通光口徑的限制。二、初始結構的選型根據(jù)設計技術要求與外形尺寸計算結果：物鏡：D/f'1:4，28o，f'120mm目鏡：f'

5、;20mm2'45.5o，D5mm，lz'810mm由查閱資料與老師講解知，物鏡為大孔徑小視場，而目鏡為小孔徑大視場系統(tǒng)，可知雙膠合物鏡與凱涅爾目鏡滿足設計任務要求。望遠鏡：孔徑大，視場小，所以軸外像差小，只需要校正軸上點像差。兩種軸上點像差：球差、位置色差。與孔徑相關。其余軸外像差：與視場相關，但慧差與孔徑和視場都相關，所以也要考慮慧差。所以：對于物鏡：校正球差、位置色差、慧差（用正弦差代替）對于目鏡：大視場，小孔徑。要校正：像散、場曲、畸變、慧差、倍率色差。相關的結構特點，像差特性和光學性能如下：雙膠合望遠物鏡，結構簡單，制造和裝配方便，光能損失較小。玻璃選擇得當，可以同時

6、校正球差，正弦差和色差。當高級球差得到平衡時，膠合面的曲率較大，剩余的帶球差偏大。因而，雙膠合物鏡只適用于小孔徑的使用場合。常見的孔徑如表所示?？紤]到膠合面有脫膠的概率，雙膠合物鏡的口徑不宜過大，最大口徑為100mm。雙膠合物鏡能適應的視場角不超過10°。_1焦距f/mm501001502003005001000相對孔徑D/f1:31:51:41:51:61:81:10望遠物鏡通用的相對孔徑凱涅爾目鏡，接目鏡為雙膠鏡，增加一個膠合面變數(shù)用來校正倍率色差，且在校正倍率色差的同時可以把場鏡和接目鏡的間隔進一步凱涅爾目鏡的光學結構相對鏡目距p'/f' 1/2。減小，從而取得

7、結構縮短，場曲減小的效果。光學性能：視場240°50°,三、物鏡初始結構參數(shù)的計算1 .求h,hz,J卜D彳h15mm2由設計條件，有hz0孔徑光闌在物鏡框上Jn'u'y'1.4089(u'hf,0.125,y'fo'tg8.3912mm,n'1)fo2 .求平板像差(由于含有平板，平板會產(chǎn)生像差，所以要用物鏡的像差來平衡平板的像差)u=0.125,uz=4=-0.0698,d233.567,n1.5163,64.1-n21Spd二一u40.006096nSP5P(u£)0.003404u2d(n1)2CIP

8、2u0.003667n3.求物鏡像差雙膠合物鏡像差應該與平行平板像差等值反號，據(jù)此提出物鏡像差。(若不需平衡平板像差的話，取物鏡像差都為0)SiSip0.006096;SSiip0.003404;CICIP0.003667(1)根據(jù)C求C,并規(guī)劃成C0.003667(15)2120 0.001956感謝下載載(2)根據(jù)S,S求P、WS hP0.006096150.00040640.208080.2077八S0.003404ShzPJww0.0032453J1.0489(3)將P、W規(guī)化成P、W-P0.0004064P33(h)3(0.125)3W0.0032453W771(h)2(0.125)

9、2(4)物本身位于無窮遠，則PP0.20808,WW0.2077(5)求P0取冕牌在前，則P0P0.85(W0.1)20.19822(6)選玻璃根據(jù)C0.001956與P。查閱光學儀器設計手冊，選取K9-F5玻璃對。初始數(shù)據(jù)為：幻一月.c-0.002嗎=1516里玨=64上%=1.62472:v=3596=2.109844,A=2.416250=1,708125,=0.097630-4.586682=3.076297(7)求形狀系數(shù)Q爐”-PQ=0/一汽=±0.2136362=00-":戶二。廠0J66262A取°=45866g2-0.189949=4776631

10、(8)求歸一化條件下透鏡各面的曲率0=91十。=-2.666787Pi=2-十丹=1.4196821"-11p、=p2匕竺二-Ogg76打1(9)求薄透鏡各面球面半徑1-/7pi-84.526弓=77n=-44.9984=/7人=一135.0196(10)求厚透鏡各面球面半徑昆仁1341598|x2|=2.573714闖=0.835799凸透鏡最小邊緣厚度:最小中心厚度:凹透鏡最小邊緣厚度:最小中心厚度:101S25J064=卜|+r1+區(qū)-5.74071810=4390332dy-f2-x.+|jc；|=2.652417四、物鏡zemax的初始上機數(shù)據(jù)及像差圖示1 .初始上機數(shù)據(jù)隨

11、頭蛀據(jù)除百（二七化色Hu*rjSi®td.HtE.密痂Upr加發(fā)史眠hi2 .像差圖示2D草圖1:Layout更新(Upd式目(U)igg(5ettings)(S)打印(Print)®光線像差特性曲線光路特性曲線1:OPDFan一更新（Up由設置（Settings）m（PrintP）標準點列圖五、物鏡zemax的校正數(shù)據(jù)及像差圖示1 .校正數(shù)據(jù)m數(shù)據(jù)蒙里（iVk®：engerHuang加(EdftXE)瑞邱郎H(Q|rticw*5第即小sCmnaziT：Ita.d3.Li4lmufa，。UlasSdiKL-Ciuu-口ajfSanaard111fliEUtyInExmtvQrOQGMDJTQ3-andiaCTa1LE.I'O-SM-,5.T1-D713K3ia.oowa工士:aniar，-二E-二£4二K2.Ei：417rs24.3TE-i：21JzacdLsEda.sieanYH?S4M9JtdilEUEil610工謁當2 .像差圖示2D草圖臃1:LayoutZ=67.95/=1732口更新(Update)(U)設置(Settings)打印(Print)(P)SO(W