雙筒棱鏡望遠(yuǎn)鏡設(shè)計(jì)

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一四年十一月雙筒棱鏡望遠(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6倍；2、物鏡的相對(duì)孔徑D/f1：4（D為入瞳直徑，D30mm）；3、望遠(yuǎn)鏡的視場(chǎng)角28；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)據(jù)及像差圖示五、物鏡zemax的

2、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)：6，入瞳直徑，相對(duì)孔徑，28，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，物鏡焦距目鏡焦距2、求出瞳直徑3、求視場(chǎng)直徑4、求目鏡視場(chǎng) 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(kāi)，等效為兩塊平板，如下圖：目鏡口徑無(wú)漸暈時(shí)候，現(xiàn)在有25%的漸暈，所以由設(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，這樣僅有透鏡中間的50%的光能通過(guò)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，可得比例關(guān)系

3、：其中為第二塊平板的后表面到分劃板的距離，根據(jù)要求，可取。解得：由此可得：等效平板厚度所以棱鏡展開(kāi)的實(shí)際厚度：考慮到棱鏡的裝配，取因此，等效空氣平板厚度考慮到棱鏡通光口徑有限，因此需考慮到全孔徑全視場(chǎng)的光線要能通過(guò)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： 其中為物鏡到第一個(gè)棱鏡前表面的最小距離。實(shí)際物鏡到第一個(gè)棱鏡前表面的距離：其中為普羅I型棱鏡系統(tǒng)的兩棱鏡的距離，根據(jù)要求，取由知，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：，目鏡：，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)，可知雙膠合物

4、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(jiàn)的孔徑如表所示。考慮到

5、膠合面有脫膠的概率，雙膠合物鏡的口徑不宜過(guò)大，最大口徑為100mm。雙膠合物鏡能適應(yīng)的視場(chǎng)角不超過(guò)。焦距/mm501001502003005001000相對(duì)孔徑1:31:51:41:51:61:81:10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(lái)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)一步減小，從而取得結(jié)構(gòu)縮短，場(chǎng)曲減小的效果。光學(xué)性能：視場(chǎng)，相對(duì)鏡目距。凱涅爾目鏡的光學(xué)結(jié)構(gòu) 雙膠合物鏡的光學(xué)結(jié)構(gòu)三、物鏡初始結(jié)構(gòu)參數(shù)的計(jì)算1. 求，由設(shè)計(jì)條件，有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(lái)平衡平板的像差）u=0.125，uZ=-0.0698，,3. 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）；（1） 根據(jù)求，并規(guī)劃成 （2） 根據(jù)求P、W （3） 將P、W規(guī)化成、 （4） 物本身位于無(wú)窮遠(yuǎn)，則 （5） 求取冕牌在前，則 （6） 選玻璃根據(jù)與查閱光學(xué)儀器設(shè)計(jì)手冊(cè)，選取K9-F5玻璃對(duì)。初始數(shù)據(jù)為：（7） 求形狀系數(shù)（8） 求歸一化條件下透鏡各面的曲率（9） 求薄透鏡各面球面半徑（10） 求厚透鏡各面球面半徑凸透鏡最小邊緣厚度：最小中心厚度：凹透鏡最小邊緣厚度：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.