双筒棱镜望远镜设计.doc

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 ________ 学生姓名：________________________________ 学号：___________________________________ 专业班级：________________________________ 授课老师：________________________________

二O 一四年^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/f'= 1: 4 (D为入瞳直径，D= 30mm；

3、望远镜的视场角2? = 8°;

4、仪器总长度在110mn左右，视场边缘允许50%勺渐晕；

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2~ 5mm

6、lz ' >8~ 10mm

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的校正数据及像差图示

设计步骤

外形尺寸计算

已知望远镜参数：

『=6,入瞳直径D 30mm ,相对孔径 * 1： 4 , 2^ = 8°, L=110mm 视场边缘允许50%勺渐晕；

棱镜最后一面到分划板的距离＞=14mm

1、求f1 ' , f2'

物镜焦距f1 4 D 120mm

I

目镜焦距f2'主120 20mm

6

2、求D '

出瞳直径D' D 5mm

3、求视场直径

D 视=2 f1 tan4 二16.7824mm

4、求目镜视场2

tan = tan 2 45.5

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D 目无渐晕时候，広"直，现在有25%的渐

n T

\

D 厂

晕，所以

\h 丁卉丿瑶如十4

-■■ L-1 ■- ■*. J J

由设计要求：视场边缘允许50%勺渐晕，可利用分划板拦去透镜 下部

25%勺光，利用平板拦去透镜上部的 25%勺光，这样仅有透镜中 间的50%

勺光能通过望远系统，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：

h 7.5 120 a 8.3912 7.5

120

其中a 为第二块平板的后表面

到分划板的距离，根据要求，可取

a 14mm 。

解得：h 8.287mm

由此可得：

等效平板厚度 D 2h 16.574mm 所以棱镜展开的实际厚度：L 考虑到棱镜的装配，取L 33.5mm

D?4

KD 33.148mm

目菰南呈 25°0 撓護

25%

因此，等效空气平板厚度d -空522.1mm

n 1.5163

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c为物镜到第一个棱镜前表面的最小距离。

120-? 8.287 _ “r

= =>c = 517 120 15

实际物镜到第一个棱镜前表面的距离：

c 120 a b 2

d 59.8mm

其中b为普罗I型棱镜系统的两棱镜的距离，根据要求，取b 2mm

由c c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：D/f' 1:4，2 8o，f' 120mm

目镜：f 20mm 2 45.5°， D 5mm，l z 8 ~ 10mm

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1O0。