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：二O一四年H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的初始上機(jī)數(shù)

2、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/1:4,2=8°,L=110mm;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(目鏡焦距f2f120mm62、求D'出瞳直徑D15mm3、求視場(chǎng)直徑1D視=2ftan4=16.7824mm4、求目鏡視場(chǎng)2tantan245.5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，等效為兩塊平板，如下圖: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

3、去透鏡下部25%的光，利用平板攔去透鏡上部的25%的光，這樣僅有透棱旗25%目鏡口徑D目無漸暈時(shí)候,-,現(xiàn)在有25%的漸暈，所以二二止覘用彳分居板110min鏡中間的50%的光能通過望遠(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3912例關(guān)系：h7.5120a8.39127.5120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所以棱鏡展開的實(shí)際厚度：LKD33.148mm考慮到棱鏡的裝配，取L33.5mm因此，等效空氣平板厚度dn器22.1mm考慮到棱鏡通光口徑有限，因此需考

4、慮到全孔徑全視場(chǎng)的光線要能通過棱鏡的第一個(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=>c=53J12015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，取b2mm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/f1:4,28：,f'120mm目鏡：f'20mm2'45.5,D5mm,l；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)，

5、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)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。常見的孔徑如表

6、所示。考慮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(chǎng)角不超過10。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)步減小，從而取得結(jié)構(gòu)縮短，場(chǎng)曲減小的效果。雙膠合物鏡的光學(xué)結(jié)構(gòu)光學(xué)性能：視場(chǎng)240：50：,相對(duì)鏡目距p'/f'1/2。三、物鏡初始結(jié)構(gòu)參數(shù)的計(jì)算1.求h,hz,Jh-15mm2由設(shè)計(jì)條件，有Jn'u&#

7、39;y'1.4089(u'”,0.125,y'fo'tg8.3912mm,n'1)2.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平衡平板的像差)u=0.125,uz=4=-0.0698,d233.567,n1.5163,64.1一一n1Spd一u40.006096n3SpSP(u)0.003404uCPd(n2"u20.003667n3.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)SSip0.006096；SiSiip0.003404;CICIP0.00

8、3667(1)根據(jù)C求C,并規(guī)劃成C0.0036672(15)21200.001956(2)根據(jù)S,S求p、Whz0孔徑光闌在物鏡框上(3)S0.006096ShPP0.0004064h15SShzPJwwJ0.0034040.00324531.0489將P、W規(guī)化成P、W0.00040643(0.125)30.20808一WWo(h)20.00324532(0.125)20.2077(4)物本身位于無窮遠(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P0查閱光學(xué)儀器設(shè)計(jì)手冊(cè)，選取K9-F5玻璃對(duì)

9、。初始數(shù)據(jù)為：c0,002%二15163:%=64.1:=1.62472=35.9«=X109844,A=2.416250,k=L708125ap.=0.0976302=-45866&二嗎=-0.075297(7)求形狀系數(shù)QJP"-P。二口土-上=±0-213636。二。廠1L-U0-二。廠0J66262/t取0:-4.586682-0.189949=-4.776631(8)求歸一化條件下透鏡各面的曲率PiVQ_2.666787IPi=-”1=1.4196821%-1.Pypy-=0.38876Hi1(9)求薄透鏡各面球面半徑1-/7pi-84.5263

10、=f/p2=-44.9984=/7人=一135.0196(10)求厚透鏡各面球面半徑h.v=r±同=1341598區(qū)|=2.573714網(wǎng)=0.835799凸透鏡最小邊緣厚度:Q-3kH同)八二10一1.825406=5,740718最小中心厚度:八加卜._4300332凹透鏡最小邊緣厚度：23口一、乩一八一心+工飛-2,652417最小中心厚度：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)儂觸鞋0（漢化J揖西EdK）舊事叫沁e4i&原fQpEg*5話附HJSurfiZyjieCbHEntkldMiTH4toe-9a攵Ki-CUS院工CaiiLc日冉enJlAf

11、tBiVTf的8H.H&gao靠HhEHQX尊”的”R»It：jOi:：<-fWQ收;SuseLaK-電-20口口口3-SU417TAll_=SdZJ-E口-go口口草3，匕Q3aKlZOaOft>Xin二彳口十立CT*量。.際dg工.必M*2.像差圖示2D草圖光線像差特性曲線昆科"與UERSEPflYFANPLOTiWDEmmE心.LEWSIMXCaMFlGURflllON1ofI光路特性曲線1:OPDFan一幽i1:RayFanJ»f(Update)(U)ga(Setting$)(S)打印(Print)(P)©(Window)(W

12、)文本(Text)。)縮放(ZooeRZ)更新(Updmte)(U),(Settings)打印(Print)的窗口也鬲(10陶制0文本(Text)。)縮放(Zoo的(Z)此0灰荻IDEGPTZCFILPATHOIFFEREMCELEMSsIMXCaNFIQUFHTlON1OFFPINOU叫2BLHMRXinUH3CF1LESiZDH.OIBOMHVE5.1，強(qiáng)人-口=7Q£g心SURFACE!iriRBE標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)列圖1:SpotDiagram更新(Up由te)(U)設(shè)置(S對(duì)tings)打印(Print)(P)窗口(WindowXW)文本縮放所向億)二口161KD.B.2白EUACEi

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