望远镜设计计算指导

《望远镜设计计算指导》由会员分享，可在线阅读，更多相关《望远镜设计计算指导（15页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、应用光学课程设计望远镜设计计算指导说明：1、本指导将全面介绍带有普罗 I 型转像棱镜系统的望远镜设计过程以及计算，作为应用光学课程设计的实习范例。实验报告需在此基础上完善和修改，严禁全盘抄袭本指导，否则作0 分处理！2、本指导省略了理论分析部分，计算依据请参考有关资料。设计题目和技术要求题目：双筒棱镜望远镜设计（望远镜的物镜和目镜的选型和设计）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

2、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如何开始呢？我们的工作将按照以下步骤进行：1、系统外形尺寸的计算：根据需求确定像差，选型；2、使用 PW 法进行初始结构的计算：确定系统的 r、d、n；3、像差的校正：通过修改 r、d、n，调整像差至容限之内；4、进行像质评价，总结数据图表，完成设计。下面我们将根据以上步骤来示范本次设计第一部分：外形尺寸计算一、各类尺寸计算1、计算 和foe由技术要求有： ，又 ，所以 。14oDf30m120ofm又放大率 6 倍，所以 。26oef2、计算 出303056DmQ物出物3、计算 视 场21

3、204.782ooftgtg视 场4、计算 （目镜视场）5ot5、计算棱镜通光口径 D棱（将棱镜展开为平行平板，理论略）问题：如何考虑渐晕？我们还是采取 50%渐晕，但是拦掉哪一部分光呢？拦掉下半部分光对成像质量没有改善（对称结构，只能使光能减少） ，所以我们选择上下边缘各拦掉 25%的光，保留中间的 50%。即保留中间像质好的，去掉边缘像质不好的。下半的 25%由目镜拦掉，上半的 25%由棱镜拦掉，只留下中间的 50%。如图：移出梯形后计算： ，此处后截距取大于141202D棱 物视 视 14mm 即可，我取 14mm。又 ， ，所以有 ，30Dm物 6.78m视 场 6.574Dm棱。8.

4、27棱所以展开厚度 ，因为装配需要，取 ，空气平23.15L棱 3.5L板的长度 。即(n=1.5163).dmn物镜距棱镜第一面为 59.8mm。验算：取 59.8mm 会不会挡轴上点的光？如图求得极限距离为 53.7mm，若小于此距离时候棱镜档光，取 59.8 是可以的。意义：说明之前取后截距 ，但是不能取得太大，否则棱镜离物镜太近了14m会挡光！6、求目镜口径 D目无渐晕时候， ，现在有 25%的渐晕，所以D目 22oeDftg出目2 .084oeftgm出目7、结构总尺寸 59.8214019.8201.0L m二、选型望远镜：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

5、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）对目镜：大视场，小孔径。要校正：像散、场曲、畸变、慧差、倍率色差。选择：物镜双胶合；目镜凯涅耳目镜。第二部分：PW 法求初始结构参数（双胶合物镜设计）（PW 法理论略）一、求解本设计的结构已知 120,3,28oofmD1、求 ,zhJ由设计条件，有 1520.489(15,8.3912,)z ooJnuyhftgmnf孔 径 光 阑 在 物 镜 框 上注意：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。2、平

6、板像差两个平板，厚度为 ，所以有23.567Lm，24310.69IpnSdu其中 ；67,.5(),.125,0.69,4.06pmKu；()0.34pIpIuS21.67IpdnC3、双胶合物镜像差 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）即双胶合像差0.6934.7IISC进行规化后：1） 2,0.1958IIh2）求 P、W：.460.325(,)IIIzzSJShPWQ3）求 、 ： P320.8().7Ph4）求 0若冕牌玻璃在前： 20.85(0.1).76PW若火石玻璃在前： 83查表，选玻璃对。5）例如选取了

7、 K9-F5 玻璃对查表有： 112210000.2,.563,4.,.6,35.9,.84,4789776.562ICnnAKPWQ所以 ；1,200.8QQA。030.14536.7204WK取“”号时比较接近。所以 注意，这是规化后的。212132.6034.87Qn所以123.954.7631.5oofrmfr二、上机计算根据之前的计算，已基本得到了双胶合物镜的初始结构参数。现在我们知道：物距： ，半视场角： ，入瞳直径：30mm，折射面数： 7 个（双胶合 3 个，4o平板 4 个） 。因为入瞳在物镜上，所以第一面为 STO 面，各面曲率半径已知，平面曲率为infinity。另外有

8、，同时有1234566,59.8,3.,2,3.5ddd。2 67,9119nKnFnKn输入 zemax 运行计算：1）焦距 119.5120.5mm 为合格；2）像差容限i)球差：1H 孔径小于 1 倍焦深，1 倍焦深= =0.0377；0.707H 带球差小589.32sinmu于 6 倍焦深=0.226 。ii)色差：全孔径范围都小于 0.1 即可iii)慧差：我们用慧差代替正弦差，即弧矢慧差 0.258.3910.2KsScy小于 0.02 即可。修改 、 、 达到以上要求！1r23请看范例 物镜.zmx（可以选取别的玻璃对作为双胶合物镜，有的容易校正像差，有的则稍微困难，即使玻璃对

9、选取相同，最后调整的结果也不相同，所以不要抄袭!）修改好像差后，按照光学设计手册上 p356 页的表面半径数值表，套用标准半径，选取影响最小的标准半径，套完半径后，保证焦距和像差在合格范围，则达到要求！注意：后截距，即棱镜最后面到像面的距离要求大于等于 14mm，修改完参数后可能改值只有 8mm 左右，怎么办？改变前面的 59.8mm 那个厚度，从而使后截距达到要求！至此，物镜设计完毕，可以保存数据，图表，整理设计报告。第三部分：目镜的设计由于目镜的设计比较复杂，且日常使用的目镜都已成型，我们采取直接选用的方式。1、选型已知 ，我们选择凯涅耳目镜。20,10,245.oezfmlm出 瞳 距

10、视 场其中场镜的作用是“光瞳衔接” 。2、初始结构参数（三个透镜，五个面）目镜是一个放大的光学系统，根据设计经验，我们采取“倒追”的方法，进行反向追迹！首先要确定的是接眼镜的结构，因为场镜只是为了衔接光瞳的，对像差的要求在接眼镜上。组合焦距 ，接眼镜 ，一般取 （经20efm20fm眼 1.24effm眼验公式！）原来的出瞳距现在因为反追变成了入瞳距，并且符号要反过来，。10zl规化处理： 10.452zlhf眼3、校正像差与视场有关的像差有： 慧差、 像散、 场曲、 畸变，倍率色差。ISIIVSV所以令 。0,0,IIIVS，所以可求 ，由 可以选玻璃对。0.415zhP0.92P0,CP取

11、 ，因为不用考虑平板和场镜，直接用双胶合来校正，所以 。0C 0C同时还有： 02.6.5WP我们已经选好一对：1）ZF3-ZK3其他还有2）ZF5-ZK63）ZF6-ZK10请自行查表计算。接下来计算接眼镜的各表面曲率半径：因为这次不知道 ，所以不用求 了，所以直接有：P1,2Q00 .509642.504.9631.776WQK所以接着计算：，所以 ，取212132.789045.n12348.3.158.6frmffr眼眼眼 12.5,4.d双胶合结构参数求完！3、设计场镜场镜在此处的作用是帮助光瞳衔接，改变出瞳的位置。正的场镜能使后面光组的通光口径减小，使物镜出瞳更靠近目镜，负场镜则反

12、之。设计思路：1）我们前提已知系统出瞳的位置 ，现在采取反追方法，所以出瞳就10zlm变成了目镜的入瞳；2）该入瞳通过接眼镜成的像与物镜框是共轭的，但此时还不重合；3）在接眼镜后加上场镜，使之前的像再通过场镜成像到物镜框上，实现光瞳衔接！计算：，d 略小于 20mm，取 d=18mm110,247.z zzlmflmlf眼眼对于场镜来说， ，这个数值未考虑透镜厚度，还要加上2135.2zl67mm，接眼镜厚度 6mm，场镜厚度 0.81mm，所以取 。24zlm而像距 （取后截距 ）20zFllm5Fl再由 2131.4zfml场场场镜为平凸透镜，材料选 K9 玻璃，根据 计算：45(1)n，

13、从而得到场镜的两个曲率半径。4545 1(1)(.63)(3.6.2nrrm如此，算出了凯涅耳目镜的 5 个曲率半径都得到了！目镜的上机数据， ，入瞳位置2.75oDm入 10zlm计算得初始焦距大约为 20.6mm 左右。目镜的像差容限 ：五个像差一个焦距自己计算一下子午慧差 2 倍焦深左右（尽量小于 0.1） ；像散小于 1.6；场曲小于 1.6；畸变小于 0.56；倍率色差小于 0.03。尽可能小些，不强制要求。再看看现在的结构修改目镜的入瞳距（810mm 那个参数） ，可以调整使光瞳衔接。目镜的出瞳距为 ，都是允许的，说明满足光瞳衔接！120m总结一下目镜的要求：1、焦距 19.520

14、.5mm；2、像差任意；3、光瞳要衔接；之后保存数据、图表。光学零件制图 ：尝试画一个双胶合透镜中的正透镜，选做。第四部分：设计报告的内容与要求可以手写，可以打印，禁止复印（0 分处理） 。内容以及要求1、封面：包括“应用光学课程设计” ，班级、姓名、学号。2、外形尺寸计算，光学系统选型；像差容限计算。 （要求有详细的计算步骤和理论依据） ；3、PW 法计算初始结构参数，要求详细过程物镜 ： 01012312,QIPWPCrd平 板 像 差 物 镜 像 差 （ 等 值 反 号 ）查 表 选 玻 璃 对 ，目镜 ： 0 4567, ,ItsKxPCrfr场 查 表 选 玻 璃 对光 瞳 衔 接 场 镜4、像差校正；厚度取整；套标准半径（选做） ；光瞳衔接。打印数据，像差曲线；5、像质评价。自述，是否达到像差容限要求，什么原因。6、零件图（选做） 。7、学习的心得体会。