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1、双筒棱镜望远镜设计班级：学号：姓名：指导老师：目录1、设计任务2、外形尺寸计算3、像差容限计算和选型4、P、W 法计算初始结构5、像差像差数据和曲线6、像质评价和光瞳衔接7、学习体会8、光学零件图和系统图一、设计任务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二、外形尺寸计算已知望远镜为参数：6
2、 ，D/f1：4，D30mm，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 ，1f2mfD0/412 2求出瞳 D/=5mm3求视场 16.7824m=tanf21o视4. 求 2o5.4tan=t 5计算棱镜由棱镜几何关系知 K=L/D=2设棱镜高 h，则 mm1205.739.852798.hD=2h=16.574mm L=2D=33.15mm取 d=33.5mm6.计算目镜到棱镜距离设物镜与棱镜的距离为 d,则 d 需满足 210Dhdmm761.53d三、相差容限计算和选型1.象差容限（1）物镜像差容限球差10H 球差容限 037.sin2 m
3、mUL0.707H 球差容限 26.i6270.h正弦差 02.sin2 msUK色差在 0.5OH 接近 0（2）目镜像差容限目镜需要校正的有正慧差、像散、场曲、畸变、倍率色差 06.03.02. %12%7%5 4.6.18.0 01.04.14. 6633FCttsTyqxK 2.选型（1）物镜选型望远镜物镜视场较小，需要校正球差、色差和正弦差等轴上色差。根据物镜特点和要求选择：双胶合物镜。双胶合物镜结构简单，制造装配方便，光能损失小，玻璃选择得当，可以同时校正球差、色差和正弦差，适用于小孔径的使用场合，视场角小于 10。对于有棱镜转向系统的望远镜，采用物镜和棱镜互补的方案校正像差。（2
4、）目镜选型目镜特点：小孔径，大视场，短焦距，光阑远离透镜组的光学系统，轴上像差较小，轴外色差难校正。根据目镜特点和设计要求选择：凯涅尔目镜。凯涅尔目镜特点:增加一个胶合面用来校正倍率色差，同时把场镜和接远目镜的间隔进一步减小，结构减小，场曲减小。成像质量优于冉斯登目镜，视场大于冉斯登目镜，视场约为 40到 5之间。四、P、W 法计算初始结构1、物镜计算（1）选取双胶合物镜D=30mm，h=15mm,h Z=0,J=nuy=1.0489,其中 125.0fhu（2）计算平板象差u=0.125，u Z= =-0.0698， , ,4675.32d513.n.640367.)1(4.069.1232
5、undCSndIPZIIP(2)物镜象差由物镜和棱镜互补得；0367.49.IPICS求 195.2nII求 P、W 046.hSI03245.JSW求 P、 208.)(3h7.)(2W求 P,求 0取冕牌在前，则 1982.0).(85.20 WP2IC根据 及 查阅光学仪器设计手册 ，选取玻璃0IBaK2（ ）和 ZF2（ ）539.1n6725.12n另查表得 ， ， , ，02034P0847.0Q0.2A，0768.W7.K求形状参数 ：QAPQ00（1）KW00（2）从式（1）求得的两个 Q 值和式（2）求得的 Q 值进行比较，取其接近(2)式的值与（2）式值求平均值，得 247
6、89.0计算透镜各面半径双胶合薄透镜组的结构参数包括三个折射球面的曲率半径（） ，两种玻璃材料的折射率（ ）和平均色散（ ） 。在321,r 21,n21,规化条件下，双胶合薄透镜的 ，则有：f21式中， 分别为两个透镜的光焦度，由上式得：21,12若玻璃材料已选定，光焦度也确定的条件下，只要确定三个折射球面曲率半径之一，其余两个也就确定了。因此，三个半径也只有一个独立变数，故双胶合薄透镜组以 或 为独立变数，并以2r2/1r阿贝不变量 Q 来表示之：1212/rQ透镜弯曲的形状由 Q 决定，所以 Q 称为形状系数。综上所述，用以表示双胶合薄透镜的全部独立结构参数为：。至于球面半径或其曲率，可
7、由下式求得：n,121由 11122213 121 12 nQnrrfnfQrf 由上式计算得：;68350.11,3795.24122321nQnnmrr516.734,890.321求两个透镜的中心厚度 ：2,d求各个折射面的矢高 ：31,x当2)(外Drx取 “ ”号 取 号L0r代入数据得： mx730641.2895.321凸透镜的边缘最小厚度 的计算：txDt 97458.10321外凹透镜的边缘最小厚度 的计算：2tmxDt 50397.4108232外求第一块透镜的中心厚度 ：1dxtd05734.6121求第二块透镜的中心厚度 ：2dmxtd86405.2322、目镜计算（1
8、）选取凯涅耳物镜出瞳 ， ， ，mD5f20 5.4mlZ10（2）求结构参数接目镜 4.1目眼 ff202)15.0(8. 0WPnuJhhSJZZI06.2.4hZ由物镜出瞳与目镜入瞳相对于物镜成共轭关系可得，mlZ14眼f眼flZ1 mlZ2.17其中 d 取 18mm，可取,.352d mlZ42lZ20场flZ12m4.31场f其中场镜取 K9 玻璃，则 n=1.5163场场 fn)(54， ，取r2.1645rd5.4（3）选取玻璃，计算半径根据计算结果选取火石在前，选取 ZF3 玻璃（ ）和 ZK3712.n玻璃（ ）5891.2n查阅设计手册的：， ， ， ， ，.1.6234
9、59.2A6729.1K9305.1， ，948050P0Q40W计算 、 ：W= 2.53177106.27059.20KQ计算 r1、r 2、r 3：由 11122213 121 12 nQnrrfnff 计算得：50741.16.2231Qnnmfrffr9254.180.37.5321目镜取 ， d.1d.25、像差数据和曲线(1)、物镜像差数据1.初始参数物距 半视场角() 入瞳半径0 4 15 系统面数 色光数 实际入瞳 上光渐晕 下光渐晕7 3 0 1 -1理想面焦距 理想面距离0 0面序号 半径 厚度 玻璃STO 73.4500 6.100 12 -56.7500 2.900
10、BAK2 3 -199.0700 54.900 ZF24 0.0000 33.500 15 0.0000 2.000 K96 0.0000 33.500 17 0.0000 14.379 K9定义了下列玻璃:BAK2 1.5399 1.546276 1.537226ZF2 1.6725 1.687472 1.666602K9 1.5163 1.521955 1.513895-计算结果-1.高斯参数有效焦距(f) 后截距(L) 前截距(L) 像距(l)120.01741 14.37867 -118.81267 14.37867入瞳距离(lz) 出瞳距离(lz) 近轴像高(y) 放大率(_)0.0
11、0000 -106.85559 8.39243 0.00000入瞳直径(D) 出瞳直径(D) 拉赫不变量(J) 像方孔径角(U)30.00000 30.30417 -0.31467 0.124982.像差*零视场像差*1H 0.85H 0.707H 0.5H 0.3H 0H球差 L -0.0331 -0.0619 -0.0624 -0.0415 -0.0172 0.0000弥散园 LR -0.0042 -0.0066 -0.0055 -0.0026 -0.0006 0.0000F光球差 F 0.0859 0.0170 -0.0138 -0.0251 -0.0204 -0.0140C光球差 L
12、-0.0115 -0.0256 -0.0150 0.0176 0.0492 0.0703轴向色差 FC 0.0974 0.0426 0.0012 -0.0427 -0.0696 -0.0843*D光各视场像差*相对视场 Lz1 Lz2 Yz Xt Xs Xts1 0.0000 -106.7882 -8.3871 -0.8556 -0.4234 -0.4322.85 0.0000 -106.8069 -7.1303 -0.6195 -0.3064 -0.3131.7071 0.0000 -106.8219 -5.9324 -0.4295 -0.2123 -0.2172.5 0.0000 -106.8388 -4.1956 -0.2152 -0.1063 -0.1089.3 0.0000 -106.8496 -2.5176 -0.0776 -0.0383 -0.0393 Yz F YzC yF LT S1 0.0053 0.0169 0.0002 0.0167 -0.0340 -0.0355.85 0.0033 0.0131 -0.0010 0.0142 -0.0337 -0.0348.7071 0.0019 0.0101 -0.0017 0.
