双筒棱镜望远镜设计.docx
双筒棱镜望远镜设计(总15页)-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company Onel-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除汉口学院应用光学 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 四年"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、望远镜的放大率二6倍；2、物镜的相对孔径D/f二1：4。为入瞳直径，D二30mm）；3、望远镜的视场角23二8°；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二14mm，棱镜采用K9 玻璃，两棱镜间隔为25mm。6、lz >8 10mm目录、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设计步骤一、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% = 1：4,23 = 8°L=110mm ；视场边缘允许50%的渐晕;棱镜最后一面到分划板的距离=14mm1、求f1, f2'物镜焦距f' = 4 x D = 120 mm1目镜焦距f' = f =与2 = 20mm2 r 62、求 D '出瞳直径D' = D = 5mm r3、求视场直径D 视=2 x f' x tan4。= 16.7824mm4、求目镜视场2 otan'=rtan n 2o' = 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：册袒1图目境 1分划版将普罗I型棱镜展开，等效为两块平板，如下图：是=2（4小'）泌+"现在有25%的渐目镜口径勺无渐晕时候, 晕，所以 = ?（/?+庇由设计要求：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。h - 7.5120 - a8.3912 - 7.5120& 39127. 5Idmni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：其中.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：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=4 = 匹 =22.1mmn 1.5163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：158. 2878. 287J |其中亍为物镜到第一个棱镜前表面的最小距离。120-c 8.287 _ ”，二=>c = 53712015实际物镜到第一个棱镜前表面的距离：c = 120 - a 一 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， 2s = 8 ， f' -120mmo目镜：f' = 20mm 2s ' = 45.5 ， D = 5mm， l > 8 - 10mmzo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' /mm501001502003005001000相对孔径D /f'1:31:51:41:51:61:81:10凯涅尔目镜，径E鼬畅目"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凯涅尔目镜的光学结构三、物镜初始结构参数的计算Dh - = 15mm2由设计条件，h - 0(孔径光阑在物镜框上)-8.3912mm, n' -1)J - n' u' y' -1.4089(u'- hf，-0.125,y'-f 'tg o2.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二，u 二-4。二，d = 2x33.5 = 67 ,n = 1.5163 v = 64.1r)2 1= t!U4 = -0. 006096ip m<ES = S (%) = 0. 003404np ip ud(n 1)2ZC = U2 = 0. 003667IPvn23.求物镜像差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）S =-S = 0.006096 i ip'S =-S = -0.003404 ；II IIPC =C =0.003667IIP根据。i求。，并规划成。万 C0.003667sc 八 escC =xl20 = 0.001956M (15)2根据求P、Wc 7八 八 S0.006096 ccccg S hP n P = L = 0.0004064Ih 15S += - Q-003404 = -0.0032453ii zJ 1.0489将P、W规化成尸、WP =f(Www =,(。(|)20.0004064 八 “oco0. OoOo(0.125) 30.0032453 八=0.2077(0.125) 2 物本身位于无穷远，则P * = P = 0.20808, W * = W = 0.2077求P 0取冕牌在前，则P = P * 0.85(W *+ 0.1)2 = 0.19822 0(6) 选玻璃根据牛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：虬冗 j c = 0.002的= 1.5163. Vj = 64.1:?= 1.62472 “ 35.9啊=2.W9S44,4 = 2016250* = 1.708125 必=0 09763。Qi =-4.586682:14； =-0.076297(7) 求形状系数。g-Qu± jE - a ±0213636-X。二劣七业二 0 0.166262取Q - -4.586682-0.189949- 1.776631(8) 求归一化条件下透镜各面的曲率p、=牝 七Q = 2.666787JPi =-t-p2 = 1.4196821 坊 I心 二 -1 . = -0.58876 a1求薄透镜各面球面半径* = /7a = 84.526 弓二 E =-叫.998 r3 - f 二-135.0196(10)求厚透镜各面球面半径x = r ±1 = 1.341598 |Xj| = 2.573714 区 1= 0,835799,_-颈引十|对)技由监凸透镜最小边缘厚度：、最小中心厚度:q =+惭= "40718D+ai-sijtd-心=,，J 一 。= 4 390332凹透镜最小边缘厚度：10最小中心厚度:-Z652117物镜zemax的初始上机数据及像差图示1.初始上机数据痍头瓠昌罹5 （议化考*H3*r Hu#n9 J烷竺Ecfi也E) 7ES(Solm)($) i&OptkimXO) Kflil(H)&r£ilyptCoaini：BiadiudIhloted；!81as>5>Serai-UlimeT-exCanioF&CBJ5TA=HXd3=if inj-x-YiQExnltY.oooaaa3KST-lZjdBZd相.网68516.330025xdH=d>44.990004J.BL24JTF314.=：B224D.OOOaDQ3ST-lZjdBZd-I：!-. 013-5：Olao.aDDUoo19 EEWD.OMDDDiA，TdB=d-OWEti.OOOOd2.像差图示2D草图Sf(Update) (U)设置(S 己tti ngs) 打印(Pri nt)(P) 窗口(Windo'fW)文本CT己疽)E 缩放0jQm)(Z)LFiTTUTFHT NOU LH 2EL4TDTF1L LENGTH ! LZo. 331 H UNLENS. IMX CONFZQUEFlTIOM 1 iF 11: Layout光线像差特性曲线光路特性曲线1: OPD FanEf(UpdateJ(U)设置(S&ttings)(S)打印(Print)(P) 窗口(Window)(W)文本(T我t) SfefZoorrXZ)I 0,0000 DEGPTZLCFlL FFlTH DIFFERENCE± ZD0.D00 HF1VE5.5URFHCE! ItlHGEFBI NOU LH 2BL4MM)CiriUM 5匚FILE； _ EL 如& El.E 蒸LENS. IMX CONFIGLIRFlTIOM 1 iF 1标准点列图五、物镜zemax的校正数据及像差图示 1.校正数据嚏镒头数雁蝙翁（汉化者：anger Huarg - 口D5rS!EdrtJ-'EJ 乎苹俱Ive*习 国硼卬ticmKO）裙且H.IManamRm*"Thle±r.o-JiJSAnl-DiAnifi-EazAOBJStandazdInfindtyInfindtyfl,OOMOO5IQStaodazdV5bT4371SK?L5.0DIMOO2St-aadaz'l-2S.1G42GD宰2.6&24171&LGW3ScaDda.rd97.E-2 3H1111.-9S15-DSibLkiDflnlxy:<V2.像差图示毓 1: Layout Z = 67.95. Y = 1732 一 n更新(Update)(U)设置(Settings)(S)打印(Print)(P) ©(Window)(W)文本Text)(T)缩fe(Zoom)(Z)LA/CUTFPI NOU 11 2S I MTOTAL LENGTH； LCJ6. ZZZCF5 MHLEN2： IMXCaNtFIGLIffftTION 1QF 1光线像差特性曲线光路特性曲线1: OPD FanMf(Update)(U) ifiW(Settings)(S)打印(PrintXP) ®Q(WindowJ(W)文本(Tmxt)fD 缩放(Zee)(Z)FTTCFlL Pl=lTH OIF FERE h4CEFRT NOU LW 2014 nnxinuM schle： ± z. ejqei wfives. EL % & il . ESS 砂.四白5URi=ncEi inneeLEMS. ZM：C MFIGLIRFlTION 1 OF 1标准点列图1: Spot Diagram Ef(Update)(U)设置伐己ttings)打印(Print)(P)窗口(Window)(W)文本CText)(T)缩放(Zee)。Pfl I I3.IXB N-1EFQT EiTFIGFlFlMWEHDU L42U1HUrUTS 际E 鼻FIELDi盹RH0HE:旬.而1IERREIURI7B,诵3J1LE H=E iHCREFEfBtE i CHIB= RTTLEWS. IMX MFIGLIRFlTION 1 OF 1
