雙筒棱鏡望遠鏡設(shè)計說明

漢口學(xué)院《應(yīng)用光學(xué)》課程設(shè)計報告報告題目:雙筒棱鏡望遠鏡設(shè)計學(xué)生:學(xué)號： 專業(yè)班級： 授課老師： 二O一四年十一月雙筒棱鏡望遠鏡設(shè)計設(shè)計任務(wù)與要求雙筒棱鏡望遠鏡設(shè)計，采用普羅I型棱鏡轉(zhuǎn)像，系統(tǒng)要求為：1、望遠鏡的放大率「=6倍；2、物鏡的相對孔徑D/f,=1：43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2?5mm。6、lz/>8?10mm目錄一、外形尺寸計算二、初始結(jié)構(gòu)的選型三、物鏡初始結(jié)構(gòu)參數(shù)的計算四、物鏡zemax的初始上機數(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(shè)計步驟

一、外形尺寸計算入瞳直徑D=入瞳直徑D=30mm，相對孔徑23=8°,L=110mm；r=6,視場邊緣允許50%的漸暈;棱鏡最后一面到分劃板的距離＞=14mm1、求口,目物鏡焦距|「二4義D=120mm 目鏡焦距|尸=工=120=20mm2 - 62、求D~^出瞳直徑D，=D=5mmr3、求視場直徑D=2義f,義tan4。=16.7824mm4、求目鏡視場回tan3'=rtan3n23'=45.5。該望遠系統(tǒng)采用普羅I型棱鏡轉(zhuǎn)像，普羅該望遠系統(tǒng)采用普羅I型棱鏡轉(zhuǎn)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:目鏡口徑目無漸暈時候，匕上E^lzj，現(xiàn)在有25%的漸暈，所以瑪=?(￡**)咯/十三一=22.08mfli由設(shè)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(zhì)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(guān)系：TOC\o"1-5"\h\zh-7.5二120-. g38.3912-7.5 120 人7.5其中回為第二塊平板的后表面 到分劃板的距離，根據(jù)要求，可取 120 I'”a=14mm。解得：|h=8.287mm由此可得：等效平板厚度|D=2h=16.574mm|所以棱鏡展開的實際厚度：L=KD=33.148mm|

考慮到棱鏡的裝配，取|L=33.5mm因此，等效空氣平板厚度d=L=衛(wèi)=22.1mmn1.5163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：實際物鏡到第一個棱鏡前表面的距離:實際物鏡到第一個棱鏡前表面的距離:|c二120-a-b-2d=59.8病其中b為普羅?型棱鏡系統(tǒng)的兩棱鏡的距離，根據(jù)要求，取Ib^mm由￡3知，設(shè)計滿足實際棱鏡通光口徑的限制。二、初始結(jié)構(gòu)的選型根據(jù)設(shè)計技術(shù)要求與外形尺寸計算結(jié)果:f,=120mmD=5mm，l1>8~10mmLz 物鏡：D//二1:4|，12①二8f,=120mmD=5mm，l1>8~10mmLz 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(shè)計任務(wù)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(guān)。其余軸外像差：與視場相關(guān)，但慧差與孔徑和視場都相關(guān)，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(guān)的結(jié)構(gòu)特點，像差特性和光學(xué)性能如下：雙膠合望遠物鏡，結(jié)構(gòu)簡單，制造和裝配方便，光能損失較小。玻璃選擇得當(dāng)，可以同時校正球差，正弦差和色差。當(dāng)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(yīng)的視場角不超昕焦距出/mm501001502003005001000相對孔徑DIf'1:31:51:41:51:61:81:10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減小，從而取得結(jié)構(gòu)縮短，場曲減小的效果。光學(xué)性能：視場2①=光學(xué)性能：視場2①=40o?50o，..求回，回，J由設(shè)計條件，.求平板像差三、物鏡初始結(jié)構(gòu)參數(shù)的計算卜D”h=—=15mm2h=0(孔徑光闌在物鏡框上)zJ=n'u'y'=1.4089(U=%,=0.125,y，=f'tg①=8.3912mm,n，=1)o(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=E43=-0.0698，|d=2x33.5=函,|n=1.5163|，卜=64.1n -n2—1ES=-dU4=-0.0060961P nsu層=Sd=0.003404npipu_d(n-1)2 _八八EC—— u2——0.003667ip vn2

3.求物鏡像差雙膠合物鏡像差應(yīng)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)S]=-SP=0.006096；S=-S=-0.003404JJ IIP C二-CP=0.003667(1)根據(jù)臼和，并規(guī)劃成(1)根據(jù)臼和，并規(guī)劃成CC 0.003667C 0.003667—V-- h2巾(15)2x120-0.001956(2)根據(jù)(2)根據(jù)S[，Sn求?>W竺竺-0.0004064竺竺-0.0004064S-hP+Jwnw-15S 0.003404_□.-- --0.0032453J1.0489(3)將(3)將P、W規(guī)化成回、回PP(h。)3

W(h。)20.0004064_020808 -0.20808(0.125)30.0032453 -0.2077(0.125)2(4)物本身位于無窮遠，則P8-P-0.20808,W8-w-0.2077⑸求回取冕牌在前，則P-P8-0.85(W8+0.1)2-0.198220(6)選玻璃根據(jù)e0.001956與與囪查閱《光學(xué)儀器設(shè)計手冊》，選取K9-F5玻璃對。初始數(shù)據(jù)為：依一H』c-0.002打1=1.5163.%=64_1:%=1.62472;v—35.9的=2.109844,且=2.16250加=1.708125.=0.097630=-4.586682:14；=-0.076297(7)求形狀系數(shù)Q2=2.±『;=&±02136360=0廠^^=5-0166262取0——4.586682-0189949=4776631(8)求歸一化條件下透鏡各面的曲率p、—<p-^Q——2,666787A=- =1.4196821心二心—匕"二_0展876 ^3 (9)求薄透鏡各面球面半徑f\-f，3i-84.526馬=f!Pi=-44.998?3=f1i^3二-135.0196(10) 求厚透鏡各面球面半徑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:四、物鏡zemax的初始上機數(shù)據(jù)及像差圖示.初始上機數(shù)據(jù).像差圖示2D草圖光線像差特性曲線光路特性曲線標準點列圖五、物鏡zemax的校正數(shù)據(jù)及像差圖示.校正數(shù)據(jù)S 蕾頭—■騙得（漢化—eng-H—ngJ 一口■&徹任）求幅出口 選以口ptionm)(o)程助（H〕Sue￡sZypaSiansn:ThicXna-JuSoni-DiAno-carOBJStaDdELZdInfinityInfinity5TQStandazdLl.a.DM-9CEY3m71EK915?0DMI002EtaDdazd-2SaZe*20DV2.6&2-917F&L€-9756023Y97.￡29311H.^S153SIbLhSc口口二用lofLnity-43.O~e2b￡.像差圖示

2D草圖LHYEUT更新(Upda忖(U)2D草圖LHY