双筒棱镜望远镜设计

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2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设计步骤3一、外形尺寸计算已知望远镜参数：Γ＝6，入瞳直径30Dmm，相对孔径'1:4Df，2ω＝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1'f，2'f物镜焦距'14120fDmm目镜焦距''12120206ffmm2、求'D出瞳直径'5DDmm3、求视场直径16.7824mm=tan4f2=D'1视4、求目镜视场5.452tan=tan''该望远系统采用普罗I型棱镜转像，普罗I型棱镜如下图：将普罗I型棱镜展开，等效为两块平板，如下图：'24目镜口径D目无渐晕时候，，现在有25%的渐晕，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：7.51208.39127.5120ha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14amm。解得：8.287hmm由此可得：等效平板厚度216.574Dhmm所以棱镜展开的实际厚度：33.148LKDmm5考虑到棱镜的装配，取33.5Lmm因此，等效空气平板厚度33.522.11.5163Ldmmn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：120259.8cabdmm其中b为普罗I型棱镜系统的两棱镜的距离，根据要求，取2bmm由_cc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：'/1:4Df，28，'120fmm目镜：'20fmm'245.5，5Dmm，'8~10zlmm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。6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'/Df1:31:51:41:51:61:81:10望远物镜通用的相对孔径7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240~50，相对镜目距''/1/2pf。三、物镜初始结构参数的计算1.求h，zh，J由设计条件，有1520'''1.4089('0.125,''8.3912,'1)'zooDhmmhJnuyhuyftgmmnf孔径光阑在物镜框上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=0.125，uZ=4=-0.0698，675.332d,5163.1n,1.64双胶合物镜的光学结构凯涅尔目镜的光学结构003667.0)1(003404.0)(006096.01222432unndCuuSSunndSIPZIPPIP83.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）0.006096IIPSS；0.003404IIIIPSS；0.003667IIPCC（1）根据C求C，并规划成C220.0036671200.001956(15)CCh（2）根据,SS求P、W0.0060960.0004064150.0034040.00324531.0489zSShPPhSShPJwwJ（3）将P、W规化成P、W33220.00040640.20808()(0.125)W0.00324530.2077(0.125)PPhWh（）（4）物本身位于无穷远，则0.20808,0.2077PPWW（5）求0P取冕牌在前，则19822.0)1.0(85.020WPP9（6）选玻璃根据___0.001956C与0P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（10）求厚透镜各面球面半径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：11四、物镜zemax的初始上机数据及像差图示1.初始上机数据2.像差图示2D草图12光线像差特性曲线光路特性曲线13标准点列图五、物镜zemax的校正数据及像差图示1.校正数据2.像差图示142D草图光线像差特性曲线15光路特性曲线标准点列图