雙筒棱鏡望遠(yuǎn)鏡設(shè)計(jì)

1、漢口學(xué)院應(yīng)用光學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告報(bào)告題目：雙筒棱鏡望遠(yuǎn)鏡設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：專業(yè)班級(jí)：授課老師：精品二O一四年十一月雙筒棱鏡望遠(yuǎn)鏡設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)與要求雙筒棱鏡望遠(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r=6倍；2、物鏡的相對(duì)孔徑D/f'4:4（D為入瞳直徑，D=30mm）;3、望遠(yuǎn)鏡的視場(chǎng)角23=8°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目錄一、外形尺寸計(jì)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(jì)算四、物鏡zemax的初始上

2、機(jī)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(jì)步驟一、外形尺寸計(jì)算已知望遠(yuǎn)鏡參數(shù)：r=6,入瞳直徑D30mm,相對(duì)孔徑旦1:4,2=8°,L=110mm;f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fl',f2'物鏡焦距f；4D120mm一'目鏡焦距f2f120mm62、求D'出瞳直徑d15mm3、求視場(chǎng)直徑1D視=2f1tan4=16.7824mm4、求目鏡視場(chǎng)2tan=tan245.5該望遠(yuǎn)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(kāi)，等效為兩塊平板，如下圖:三W子室 25%棱鏡 25%&a

3、mp;=2(7>/坦"22.DSf«J;r目鏡口徑D目無(wú)漸暈時(shí)候，-，現(xiàn)在有25%的漸暈，所以由設(shè)計(jì)要求：視場(chǎng)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(guò)望遠(yuǎn)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(jìn)行研究，如下圖，可得比例關(guān)系:h 7.5120 a8.3912 7.5120其中a為第二塊平板的后表面到分劃板的距離，根據(jù)要求，可取a14mm。解得：h8.287mm由此可得：等效平板厚度D2h16.574mm所以棱鏡展開(kāi)的實(shí)際厚度：LKD33.148mm考慮到棱鏡的裝配，取L33.

4、5mm一一，一、I335因此，等效空氣平板厚度d-3322.1mmn1.5163考慮到棱鏡通光口徑有限，因此需考慮到全孔徑全視場(chǎng)的光線要能通過(guò)棱鏡的第一個(gè)面（如下圖），則物鏡到第一個(gè)棱鏡前表面的最小距離必須滿足：其中c為物鏡到第一個(gè)棱鏡前表面的最小距離。120-c8.287一=>=53,712015實(shí)際物鏡到第一個(gè)棱鏡前表面的距離：c120ab2d59.8mm其中b為普羅I型棱鏡系統(tǒng)的兩棱鏡的距離，根據(jù)要求，Wb2mm由cc知，設(shè)計(jì)滿足實(shí)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(jì)技術(shù)要求與外形尺寸計(jì)算結(jié)果：物鏡：D/f'1:4，28o，f'120mm目鏡：f'

5、;20mm2'45.5o，D5mm，lz'810mm由查閱資料與老師講解知，物鏡為大孔徑小視場(chǎng)，而目鏡為小孔徑大視場(chǎng)系統(tǒng)，可知雙膠合物鏡與凱涅爾目鏡滿足設(shè)計(jì)任務(wù)要求。望遠(yuǎn)鏡：孔徑大，視場(chǎng)小，所以軸外像差小，只需要校正軸上點(diǎn)像差。兩種軸上點(diǎn)像差：球差、位置色差。與孔徑相關(guān)。其余軸外像差：與視場(chǎng)相關(guān)，但慧差與孔徑和視場(chǎng)都相關(guān)，所以也要考慮慧差。所以：對(duì)于物鏡：校正球差、位置色差、慧差（用正弦差代替）對(duì)于目鏡：大視場(chǎng)，小孔徑。要校正：像散、場(chǎng)曲、畸變、慧差、倍率色差。相關(guān)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，像差特性和光學(xué)性能如下：雙膠合望遠(yuǎn)物鏡，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(shí)

6、校正球差，正弦差和色差。當(dāng)高級(jí)球差得到平衡時(shí)，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(chǎng)合。常見(jiàn)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(guò)大，最大口徑為100mm。雙膠合物鏡能適應(yīng)的視場(chǎng)角不超過(guò)10°。_1焦距f/mm501001502003005001000相對(duì)孔徑D/f1:31:51:41:51:61:81:10望遠(yuǎn)物鏡通用的相對(duì)孔徑凱涅爾目鏡，接目鏡為雙膠鏡，增加一個(gè)膠合面變數(shù)用來(lái)校正倍率色差，且在校正倍率色差的同時(shí)可以把場(chǎng)鏡和接目鏡的間隔進(jìn)一步凱涅爾目鏡的光學(xué)結(jié)構(gòu)相對(duì)鏡目距p'/f' 1/2。減小，從而取得

7、結(jié)構(gòu)縮短，場(chǎng)曲減小的效果。光學(xué)性能：視場(chǎng)240°50°,三、物鏡初始結(jié)構(gòu)參數(shù)的計(jì)算1 .求h,hz,J卜D彳h15mm2由設(shè)計(jì)條件，有hz0孔徑光闌在物鏡框上Jn'u'y'1.4089(u'hf,0.125,y'fo'tg8.3912mm,n'1)fo2 .求平板像差(由于含有平板，平板會(huì)產(chǎn)生像差，所以要用物鏡的像差來(lái)平衡平板的像差)u=0.125,uz=4=-0.0698,d233.567,n1.5163,64.1-n21Spd二一u40.006096nSP5P(u£)0.003404u2d(n1)2CIP

8、2u0.003667n3.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(hào)，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)SiSip0.006096;SSiip0.003404;CICIP0.003667(1)根據(jù)C求C,并規(guī)劃成C0.003667(15)2120 0.001956感謝下載載(2)根據(jù)S,S求P、WS hP0.006096150.00040640.208080.2077八S0.003404ShzPJww0.0032453J1.0489(3)將P、W規(guī)化成P、W-P0.0004064P33(h)3(0.125)3W0.0032453W771(h)2(0.125)

9、2(4)物本身位于無(wú)窮遠(yuǎn)，則PP0.20808,WW0.2077(5)求P0取冕牌在前，則P0P0.85(W0.1)20.19822(6)選玻璃根據(jù)C0.001956與P。查閱光學(xué)儀器設(shè)計(jì)手冊(cè)，選取K9-F5玻璃對(duì)。初始數(shù)據(jù)為：幻一月.c-0.002嗎=1516里玨=64上%=1.62472:v=3596=2.109844,A=2.416250=1,708125,=0.097630-4.586682=3.076297(7)求形狀系數(shù)Q爐”-PQ=0/一汽=±0.2136362=00-":戶二。廠0J66262A取°=45866g2-0.189949=4776631

10、(8)求歸一化條件下透鏡各面的曲率0=91十。=-2.666787Pi=2-十丹=1.4196821"-11p、=p2匕竺二-Ogg76打1(9)求薄透鏡各面球面半徑1-/7pi-84.526弓=77n=-44.9984=/7人=一135.0196(10)求厚透鏡各面球面半徑昆仁1341598|x2|=2.573714闖=0.835799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:101S25J064=卜|+r1+區(qū)-5.74071810=4390332dy-f2-x.+|jc；|=2.652417四、物鏡zemax的初始上機(jī)數(shù)據(jù)及像差圖示1 .初始上機(jī)數(shù)據(jù)隨

11、頭蛀據(jù)除百（二七化色Hu*rjSi®td.HtE.密痂Upr加發(fā)史眠h(yuǎn)i2 .像差圖示2D草圖1:Layout更新(Upd式目(U)igg(5ettings)(S)打印(Print)®光線像差特性曲線光路特性曲線1:OPDFan一更新（Up由設(shè)置（Settings）m（PrintP）標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)列圖五、物鏡zemax的校正數(shù)據(jù)及像差圖示1 .校正數(shù)據(jù)m數(shù)據(jù)蒙里（iVk®：engerHuang加(EdftXE)瑞邱郎H(Q|rticw*5第即小sCmnaziT：Ita.d3.Li4lmufa，。UlasSdiKL-Ciuu-口ajfSanaard111fliEUtyInExmtvQrOQGMDJTQ3-andiaCTa1LE.I'O-SM-,5.T1-D713K3ia.oowa工士:aniar，-二E-二£4二K2.Ei：417rs24.3TE-i：21JzacdLsEda.sieanYH?S4M9JtdilEUEil610工謁當(dāng)2 .像差圖示2D草圖臃1:LayoutZ=67.95/=1732口更新(Update)(U)設(shè)置(Settings)打印(Print)(P)SO(W