双筒棱镜望远镜设计

双筒棱镜望远镜设计(总15页)

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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一四年十一月

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Γ＝6倍；

2、物镜的相对孔径D/f′＝1：4（D为入瞳直径，D＝30mm）；

3、望远镜的视场角2ω＝8°；

4、仪器总长度在110mm左右，视场边缘允许50%的渐晕； 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2～5mm。

6、lz ′>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的初始上机数据及像差图示 五、物镜zemax的校正数据及像差图示

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设计步骤

一、 外形尺寸计算 已知望远镜参数：

Γ＝6，入瞳直径D30mm，相对孔径

D1:4，2ω＝8°，L=110mm； 'f视场边缘允许50%的渐晕；

棱镜最后一面到分划板的距离>＝14mm 1、求f1'，f2'

物镜焦距f1'4D120mm

f1'12020mm 目镜焦距f6'2

2、求D' 出瞳直径D'D5mm 

3、求视场直径

 D视=2f1'tan4=16.7824mm4、求目镜视场2

tan'=tan2'45.5

该望远系统采用普罗I型棱镜转像，普罗I型棱镜如下图：

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将普罗I型棱镜展开，等效为两块平板，如下图：

目镜口径D目无渐晕时候，晕，所以

由设计要求：视场边缘允许50%的渐晕，可利用分划板拦去透镜下部25%的光，利用平板拦去透镜上部的25%的光，这样仅有透镜中间的50%的光能通过望远系统，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a

8.39127.5120，现在有25%的渐

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

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所以棱镜展开的实际厚度：LKD33.148mm 考虑到棱镜的装配，取L33.5mm 因此，等效空气平板厚度dL33.522.1mm n1.5163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小距离必须满足：

_

其中c为物镜到第一个棱镜前表面的最小距离。

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：

物镜：D/f'1:4，28，f'120mm

目镜：f'20mm2'45.5，D5mm，lz'8~10mm

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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'/mm 相对孔径D/f' 50 1:3 100 1:5 150 1:4 200 1:5 300 1:6 500 1:8 1000 1:10

径 望远物镜通用的相对孔6

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240~50，相对镜目距p'/f'1/2。

双胶合物镜的光学结构 凯涅尔目镜的光学结构

三、物镜初始结构参数的计算 1. 求h，hz，J

Dh15mm2由设计条件，有hz0孔径光阑在物镜框上

Jn'u'y'1.4089(u'hf'0.125,y'fo'tg8.3912mm,n'1)o2. 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=，uZ=4=，d233.567,n1.5163,64.1

n214u0.006096SIPd3nuZSS()0.003404PIPu d(n1)22u0.003667CIP2n

3. 求物镜像差

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双胶合物镜像差应该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）

SISIP0.006096；

SIISIIP0.003404；

CICIP0.003667

（1） 根据C求C，并规划成C CC0.0036671200.001956 22h(15)（2） 根据S,S求P、W

S0.0060960.0004064h15 S0.003404ShzPJww0.0032453J1.0489ShPP（3） 将P、W规化成P、W

P0.00040640.2080833(h)(0.125) W0.0032453W0.207722（h）(0.125)P（4） 物本身位于无穷远，则 PP0.20808,W（5） 求P0

取冕牌在前，则

W0.2077

P0P0.85(W0.1)20.19822

（6） 选玻璃

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根据C0.001956与P0查阅《光学仪器设计手册》，选取K9-F5玻璃对。初始数据为：

___

（7） 求形状系数Ｑ

（8） 求归一化条件下透镜各面的曲率

（9） 求薄透镜各面球面半径

（10）

求厚透镜各面球面半径

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凸透镜最小边缘厚度：

最小中心厚度：凹透镜最小边缘厚度：

最小中心厚度：

四、物镜zemax的初始上机数据及像差图示

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1. 初始上机数据

2. 像差图示 2D草图

光线像差特性曲线

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光路特性曲线

标准点列图

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五、物镜zemax的校正数据及像差图示 1. 校正数据

2. 像差图示 2D草图

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光线像差特性曲线

光路特性曲线

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标准点列图

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