雙筒棱鏡望遠(yuǎn)鏡_課程設(shè)計(jì)

1、雙筒棱鏡望遠(yuǎn)鏡設(shè)計(jì)班級(jí)：學(xué)號(hào)：姓名：指導(dǎo)老師：目錄1、 設(shè)計(jì)任務(wù)2、 外形尺寸計(jì)算3、 像差容限計(jì)算和選型4、 P、W法計(jì)算初始結(jié)構(gòu)5、 像差像差數(shù)據(jù)和曲線6、 像質(zhì)評(píng)價(jià)和光瞳銜接7、 學(xué)習(xí)體會(huì)8、 光學(xué)零件圖和系統(tǒng)圖一、設(shè)計(jì)任務(wù)雙筒棱鏡望遠(yuǎn)鏡設(shè)計(jì)，采用普羅I型棱鏡轉(zhuǎn)像，系統(tǒng)要求為：1、望遠(yuǎn)鏡的放大率6倍；2、物鏡的相對(duì)孔徑D/f1：4（D為入瞳直徑，D30mm）；3、望遠(yuǎn)鏡的視場(chǎng)角28°；4、儀器總長(zhǎng)度在110mm左右，視場(chǎng)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二、外形尺寸計(jì)算已知望

2、遠(yuǎn)鏡為參數(shù)：6 ，D/f1：4，D30mm，28°，L=110mm視場(chǎng)邊緣允許50%的漸暈；棱鏡最后一面到分劃板的距離>14mm1求，2求出瞳 =5mm3求視場(chǎng)4. 求 5 計(jì)算棱鏡由棱鏡幾何關(guān)系知K=L/D=2設(shè)棱鏡高h(yuǎn)，則mmD=2h=16.574mm L=2D=33.15mm取d=33.5mm6. 計(jì)算目鏡到棱鏡距離設(shè)物鏡與棱鏡的距離為d,則d需滿足mm三、相差容限計(jì)算和選型1. 象差容限（1）物鏡像差容限球差10H球差容限0.707H球差容限正弦差色差在0.5OH接近0（2） 目鏡像差容限目鏡需要校正的有正慧差、像散、場(chǎng)曲、畸變、倍率色差2. 選型（1）物鏡選型望遠(yuǎn)鏡物

3、鏡視場(chǎng)較小，需要校正球差、色差和正弦差等軸上色差。根據(jù)物鏡特點(diǎn)和要求選擇：雙膠合物鏡。雙膠合物鏡結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造裝配方便，光能損失小，玻璃選擇得當(dāng)，可以同時(shí)校正球差、色差和正弦差，適用于小孔徑的使用場(chǎng)合，視場(chǎng)角小于。對(duì)于有棱鏡轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的望遠(yuǎn)鏡，采用物鏡和棱鏡互補(bǔ)的方案校正像差。（2）目鏡選型目鏡特點(diǎn)：小孔徑，大視場(chǎng)，短焦距，光闌遠(yuǎn)離透鏡組的光學(xué)系統(tǒng)，軸上像差較小，軸外色差難校正。根據(jù)目鏡特點(diǎn)和設(shè)計(jì)要求選擇：凱涅爾目鏡。凱涅爾目鏡特點(diǎn):增加一個(gè)膠合面用來校正倍率色差，同時(shí)把場(chǎng)鏡和接遠(yuǎn)目鏡的間隔進(jìn)一步減小，結(jié)構(gòu)減小，場(chǎng)曲減小。成像質(zhì)量?jī)?yōu)于冉斯登目鏡，視場(chǎng)大于冉斯登目鏡，視場(chǎng)約為到之間。四、P、W法計(jì)

4、算初始結(jié)構(gòu)1、物鏡計(jì)算（1）選取雙膠合物鏡 D=30mm，h=15mm,hZ=0,J=nuy=1.0489,其中（2）計(jì)算平板象差u=0.125，uZ=-0.0698，,(2) 物鏡象差由物鏡和棱鏡互補(bǔ)得；求求P、W求、求求取冕牌在前，則根據(jù)及查閱光學(xué)儀器設(shè)計(jì)手冊(cè)，選取玻璃BaK2（）和ZF2（）另查表得，,，求形狀參數(shù)： （1） （2）從式（1）求得的兩個(gè)Q值和式（2）求得的Q值進(jìn)行比較，取其接近(2)式的值與（2）式值求平均值，得計(jì)算透鏡各面半徑雙膠合薄透鏡組的結(jié)構(gòu)參數(shù)包括三個(gè)折射球面的曲率半徑（），兩種玻璃材料的折射率（）和平均色散（）。在規(guī)化條件下，雙膠合薄透鏡的，則有：式中，分別為兩

5、個(gè)透鏡的光焦度，由上式得：若玻璃材料已選定，光焦度也確定的條件下，只要確定三個(gè)折射球面曲率半徑之一，其余兩個(gè)也就確定了。因此，三個(gè)半徑也只有一個(gè)獨(dú)立變數(shù)，故雙膠合薄透鏡組以或?yàn)楠?dú)立變數(shù)，并以阿貝不變量Q來表示之： 透鏡彎曲的形狀由Q決定，所以Q稱為形狀系數(shù)。綜上所述，用以表示雙膠合薄透鏡的全部獨(dú)立結(jié)構(gòu)參數(shù)為：。至于球面半徑或其曲率，可由下式求得：由 由上式計(jì)算得：求兩個(gè)透鏡的中心厚度：求各個(gè)折射面的矢高： 當(dāng)代入數(shù)據(jù)得：凸透鏡的邊緣最小厚度的計(jì)算： 凹透鏡的邊緣最小厚度的計(jì)算：求第一塊透鏡的中心厚度：求第二塊透鏡的中心厚度：2、目鏡計(jì)算（1）選取凱涅耳物鏡出瞳，（2）求結(jié)構(gòu)參數(shù)接目鏡由物鏡出瞳

6、與目鏡入瞳相對(duì)于物鏡成共軛關(guān)系可得，其中d取18mm，可取其中場(chǎng)鏡取K9玻璃，則n=1.5163，?。?）選取玻璃，計(jì)算半徑根據(jù)計(jì)算結(jié)果選取火石在前，選取ZF3玻璃（）和ZK3玻璃（）查閱設(shè)計(jì)手冊(cè)的：，計(jì)算、：=2.531771計(jì)算r1、r2、r3：由計(jì)算得：目鏡取， 5、 像差數(shù)據(jù)和曲線(1) 、物鏡像差數(shù)據(jù)1.初始參數(shù)物距 半視場(chǎng)角(°) 入瞳半徑 0 4 15 系統(tǒng)面數(shù) 色光數(shù) 實(shí)際入瞳 上光漸暈 下光漸暈 7 3 0 1 -1理想面焦距 理想面距離0 0面序號(hào) 半徑 厚度 玻璃STO 73.4500 6.100 1 2 -56.7500 2.900 BAK2 3 -199.0

7、700 54.900 ZF2 4 0.0000 33.500 1 5 0.0000 2.000 K9 6 0.0000 33.500 1 7 0.0000 14.379 K9 定義了下列玻璃: BAK2 1.5399 1.546276 1.537226 ZF2 1.6725 1.687472 1.666602 K9 1.5163 1.521955 1.513895-計(jì)算結(jié)果-1.高斯參數(shù)有效焦距(f') 后截距(L') 前截距(L) 像距(l')120.01741 14.37867 -118.81267 14.37867入瞳距離(lz) 出瞳距離(lz') 近軸

8、像高(y') 放大率(_)0.00000 -106.85559 8.39243 0.00000入瞳直徑(D) 出瞳直徑(D') 拉赫不變量(J) 像方孔徑角(U')30.00000 30.30417 -0.31467 0.124982. 像差*零視場(chǎng)像差* 1H 0.85H 0.707H 0.5H 0.3H 0H球差 -0.0331 -0.0619 -0.0624 -0.0415 -0.0172 0.0000彌散園 -0.0042 -0.0066 -0.0055 -0.0026 -0.0006 0.0000F光球差 0.0859 0.0170 -0.0138 -0.02

9、51 -0.0204 -0.0140C光球差 -0.0115 -0.0256 -0.0150 0.0176 0.0492 0.0703軸向色差 0.0974 0.0426 0.0012 -0.0427 -0.0696 -0.0843*D光各視場(chǎng)像差*相對(duì)視場(chǎng) Lz1 Lz2 Yz' Xt' Xs' Xts' 1 0.0000 -106.7882 -8.3871 -0.8556 -0.4234 -0.4322 .85 0.0000 -106.8069 -7.1303 -0.6195 -0.3064 -0.3131 .7071 0.0000 -106.8219 -5

10、.9324 -0.4295 -0.2123 -0.2172 .5 0.0000 -106.8388 -4.1956 -0.2152 -0.1063 -0.1089 .3 0.0000 -106.8496 -2.5176 -0.0776 -0.0383 -0.0393 1 0.0053 0.0169 0.0002 0.0167 -0.0340 -0.0355 .85 0.0033 0.0131 -0.0010 0.0142 -0.0337 -0.0348 .7071 0.0019 0.0101 -0.0017 0.0118 -0.0335 -0.0343 .5 0.0007 0.0065 -0.

11、0019 0.0083 -0.0333 -0.0337 .3 0.0001 0.0036 -0.0014 0.0050 -0.0332 -0.0333 KT'1.0H KT'.7H KT'.3H KS'1.0H KS'.707H KS'.3H 1 0.0541 0.0235 0.0038 0.0167 0.0076 0.0013 .85 0.0461 0.0201 0.0032 0.0141 0.0065 0.0011 .7071 0.0384 0.0167 0.0027 0.0117 0.0054 0.0009 .5 0.0272 0.0119

12、 0.0019 0.0082 0.0038 0.0006 .3 0.0163 0.0071 0.0011 0.0049 0.0023 0.0004*高級(jí)像差* -0.04588 -0.00084 -0.00351 0.00014 -0.00169 -0.00055 0.18168 0.00000*垂軸像差* 沒有考慮實(shí)際漸暈系數(shù) （即認(rèn)為漸暈系數(shù)都為 1）-子午垂軸像差（） （像面位移： 0） 1.0H 0.85H 0.7071H 0.5H 0.3H 0H 1 -0.05921 -0.06299 -0.05881 -0.04576 -0.02927 0.00000 .85 -0.03692 -

13、0.04264 -0.04096 -0.03235 -0.02083 0.00000 .7071 -0.02032 -0.02718 -0.02721 -0.02185 -0.01415 0.00000 .5 -0.00424 -0.01154 -0.01288 -0.01059 -0.00684 0.00000 .3 0.00234 -0.00401 -0.00533 -0.00414 -0.00241 0.00000 0 -0.00418 -0.00663 -0.00555 -0.00260 -0.00065 0.00000 -1.0H -0.85H -0.7071H -0.5H -0.3

14、H -0H 1 0.16742 0.13536 0.10590 0.06772 0.03684 0.00000 .85 0.12909 0.10431 0.08109 0.05107 0.02728 0.00000 .7071 0.09712 0.07857 0.06066 0.03747 0.01953 0.00000 .5 0.05865 0.04796 0.03659 0.02166 0.01065 0.00000 .3 0.03033 0.02589 0.01958 0.01080 0.00471 0.00000 0 0.00418 0.00663 0.00555 0.00260 0.

15、00065 0.00000-子午光線對(duì)彌散圓直徑 ±1.0H ±0.85H ±0.7071H ±0.5H ±0.3H ±0H 1 0.22663 0.19835 0.16471 0.11348 0.06611 0.00000 .85 0.16602 0.14695 0.12205 0.08342 0.04811 0.00000 .7071 0.11744 0.10575 0.08786 0.05932 0.03368 0.00000 .5 0.06289 0.05949 0.04947 0.03226 0.01748 0.00000

16、.3 0.02799 0.02989 0.02491 0.01494 0.00712 0.00000 0 0.00837 0.01325 0.01110 0.00521 0.00129 0.00000-弧矢垂軸像差分量（ ） 1.0H 0.85H 0.7071H 0.5H 0.3H 1 0.01667 -0.05818 0.01148 -0.05234 0.00765 -0.04344 0.00367 -0.02929 0.00129 -0.01661 .85 0.01410 -0.04321 0.00971 -0.03966 0.00647 -0.03293 0.00310 -0.02189

17、 0.00109 -0.01219 .7071 0.01169 -0.03119 0.00804 -0.02949 0.00536 -0.02451 0.00257 -0.01595 0.00090 -0.00863 .5 0.00823 -0.01769 0.00566 -0.01806 0.00377 -0.01503 0.00181 -0.00928 0.00063 -0.00464 .3 0.00492 -0.00905 0.00339 -0.01074 0.00226 -0.00896 0.00108 -0.00501 0.00038 -0.00208 0 0.00000 -0.00

18、418 0.00000 -0.00663 0.00000 -0.00555 0.00000 -0.00260 0.00000 -0.00065物鏡曲線：（2） 、目鏡像差數(shù)據(jù)和曲線像差數(shù)據(jù)：1.初始參數(shù)物距 半視場(chǎng)角(°) 入瞳半徑 0 22.75 2.5 系統(tǒng)面數(shù) 色光數(shù) 實(shí)際入瞳 上光漸暈 下光漸暈 5 3 -10 0.5 -0.5理想面焦距 理想面距離0 0面序號(hào) 半徑 厚度 玻璃STO 28.5800 1.500 1 2 11.5610 4.500 ZF3 3 -19.7240 15.600 ZK3 4 16.5200 4.500 1 5 0.0000 2.495 K9 定義

19、了下列玻璃: ZF3 1.7172 1.734681 1.710371 ZK3 1.5891 1.595862 1.586242 K9 1.5163 1.521955 1.513895-計(jì)算結(jié)果-1.高斯參數(shù) 有效焦距(f') 后截距(L') 前截距(L) 像距(l') 19.62158 2.49478 -6.74243 2.49478 入瞳距離(lz) 出瞳距離(lz') 近軸像高(y') 放大率(_) -10.00000 120.68283 8.22801 0.00000入瞳直徑(D) 出瞳直徑(D') 拉赫不變量(J) 像方孔徑角(U

20、9;) 5.00000 -30.11686 -0.31450 0.127412.像差*零視場(chǎng)像差* 1H 0.85H 0.707H 0.5H 0.3H 0H球差 -0.3095 -0.2225 -0.1534 -0.0764 -0.0274 0.0000彌散園 -0.0397 -0.0242 -0.0139 -0.0049 -0.0010 0.0000F光球差 -0.3129 -0.2268 -0.1583 -0.0820 -0.0335 -0.0063C光球差 -0.2975 -0.2102 -0.1409 -0.0636 -0.0146 0.0129軸向色差 ' -0.0154 -

21、0.0165 -0.0174 -0.0183 -0.0189 -0.0192*D光各視場(chǎng)像差*相對(duì)視場(chǎng) Lz1 Lz2 Yz' Xt' Xs' Xts' 1 -10.0000 57.2223 -7.9847 0.3537 -1.1561 1.5098 .85 -10.0000 67.2066 -6.8146 0.0724 -0.8395 0.9119 .7071 -10.0000 77.8940 -5.7024 -0.0122 -0.5839 0.5717 .5 -10.0000 94.6861 -4.0684 -0.0289 -0.2940 0.2650 .3

22、 -10.0000 109.8206 -2.4579 -0.0142 -0.1064 0.0922 1 0.2433 0.2470 0.2377 0.0093 0.3847 -0.3082 .85 0.1792 0.1882 0.1724 0.0158 -0.0522 -0.3116 .7071 0.1157 0.1264 0.1089 0.0175 -0.2038 -0.3120 .5 0.0456 0.0554 0.0400 0.0153 -0.2802 -0.3112 .3 0.0105 0.0171 0.0069 0.0102 -0.3024 -0.3102 KT'1.0H K

23、T'.7H KT'.3H KS'1.0H KS'.707H KS'.3H 1 -0.0931 -0.0355 -0.0051 0.0011 0.0008 0.0002 .85 -0.0212 -0.0066 -0.0007 0.0061 0.0031 0.0006 .7071 0.0039 0.0035 0.0008 0.0071 0.0035 0.0006 .5 0.0129 0.0068 0.0013 0.0060 0.0029 0.0005 .3 0.0101 0.0051 0.0009 0.0038 0.0019 0.0003*高級(jí)像差* 0.0

24、0137 0.69418 0.01111 0.06979 -0.18903 -0.00584 0.00380 0.01092*垂軸像差* 沒有考慮實(shí)際漸暈系數(shù) （即認(rèn)為漸暈系數(shù)都為 1）-子午垂軸像差（） （像面位移： 0） 1.0H 0.85H 0.7071H 0.5H 0.3H 0H 1 -0.01314 -0.00322 0.00299 0.00734 0.00722 0.00000 .85 -0.01891 -0.00971 -0.00396 0.00040 0.00149 0.00000 .7071 -0.02178 -0.01233 -0.00641 -0.00182 -0.000

25、30 0.00000 .5 -0.02545 -0.01475 -0.00799 -0.00264 -0.00074 0.00000 .3 -0.03003 -0.01759 -0.00958 -0.00305 -0.00063 0.00000 0 -0.03971 -0.02422 -0.01387 -0.00487 -0.00105 0.00000 -1.0H -0.85H -0.7071H -0.5H -0.3H -0H 1 -0.17315 -0.11263 -0.07392 -0.03814 -0.01733 0.00000 .85 -0.02352 -0.01432 -0.0093

26、2 -0.00532 -0.00289 0.00000 .7071 0.02964 0.02060 0.01346 0.00603 0.00196 0.00000 .5 0.05122 0.03397 0.02159 0.00960 0.00328 0.00000 .3 0.05027 0.03230 0.01980 0.00818 0.00248 0.00000 0 0.03971 0.02422 0.01387 0.00487 0.00105 0.00000-子午光線對(duì)彌散圓直徑 ±1.0H ±0.85H ±0.7071H ±0.5H ±0

27、.3H ±0H 1 0.16001 0.10941 0.07691 0.04548 0.02454 0.00000 .85 0.00461 0.00460 0.00536 0.00572 0.00439 0.00000 .7071 0.05142 0.03293 0.01987 0.00785 0.00227 0.00000 .5 0.07667 0.04873 0.02958 0.01224 0.00401 0.00000 .3 0.08030 0.04990 0.02938 0.01123 0.00311 0.00000 0 0.07943 0.04844 0.02774 0.0

28、0975 0.00210 0.00000-弧矢垂軸像差分量（ ） 1.0H 0.85H 0.7071H 0.5H 0.3 1 0.00115 -0.17574 0.00102 -0.14052 0.00080 -0.11103 0.00045 -0.07387 0.00017 -0.04255 .85 0.00609 -0.14122 0.00443 -0.11082 0.00307 -0.08610 0.00154 -0.05608 0.00056 -0.03182 .7071 0.00712 -0.11163 0.00510 -0.08550 0.00351 -0.06493 0.0017

29、4 -0.04103 0.00062 -0.02276 .5 0.00600 -0.07659 0.00428 -0.05560 0.00293 -0.03999 0.00145 -0.02336 0.00052 -0.01214 .3 0.00382 -0.05320 0.00271 -0.03569 0.00185 -0.02341 0.00091 -0.01162 0.00033 -0.00510 0 0.00000 -0.03971 0.00000 -0.02422 0.00000 -0.01387 0.00000 -0.00487 0.00000 -0.00105目鏡曲線：6、 像質(zhì)評(píng)價(jià)和光瞳銜接像質(zhì)評(píng)價(jià)：調(diào)試中對(duì)物鏡的球差、正弦差和倍率色差等軸上色差進(jìn)行了校正。三種像差均調(diào)到了所要求的像差容限之內(nèi)，球差在1OH為0.0331，小于0.0377；軸向色差在1OH和0OH之和接近