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1、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： 学 号： 专业班级： 授课老师： 二O一四年十一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6倍；2、物镜的相对孔径D/f1：4（D为入瞳直径，D30mm）；3、望远镜的视场角28；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25mm。6、lz 810mm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
2、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：6，入瞳直径，相对孔径，28，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，物镜焦距目镜焦距2、求出瞳直径3、求视场直径4、求目镜视场 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：目镜口径无渐晕时候，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：其
3、中为第二块平板的后表面到分划板的距离，根据要求，可取。解得：由此可得：等效平板厚度所以棱镜展开的实际厚度：考虑到棱镜的装配，取因此，等效空气平板厚度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：其中为普罗I型棱镜系统的两棱镜的距离，根据要求，取由知，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：，目镜：，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
4、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
5、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。焦距/mm501001502003005001000相对孔径1:31:51:41:51:61:81:10望远物镜通用的相对孔径凯涅尔目镜，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，相对镜目距。凯涅尔目镜的光学结构 双胶合物镜的光学结构三、物镜初始结构参数的计算1. 求，由设计条件，有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，u
6、Z=-0.0698，,3. 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）；（1） 根据求，并规划成 （2） 根据求P、W （3） 将P、W规化成、 （4） 物本身位于无穷远，则 （5） 求取冕牌在前，则 （6） 选玻璃根据与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（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） 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：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草图光线像差特性曲线光路特性曲线标准点列图五、物镜zemax的校正数据及像差图示1. 校正数据2. 像差图示 2D草图光线像差特性曲线光路特性曲线标准点列图
