雙筒棱鏡望遠(yuǎn)鏡設(shè)計

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1、漢口學(xué)院《應(yīng)用光學(xué)》課程設(shè)計報告報告題目：雙筒棱鏡望遠(yuǎn)鏡設(shè)計學(xué)生姓名：學(xué)號：專業(yè)班級：授課老師：二O一四年十一月15雙筒棱鏡望遠(yuǎn)鏡設(shè)計設(shè)計任務(wù)與要求雙筒棱鏡望遠(yuǎn)鏡設(shè)計，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Γ＝6倍；2、物鏡的相對孔徑D/f′＝1：4（D為入瞳直徑，D＝30mm）；3、望遠(yuǎn)鏡的視場角2ω＝8°；4、儀器總長度在110mm左右，視場邊緣允許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2～5mm。6、lz′>8～10mm目錄一、外形尺寸計算二、初始結(jié)構(gòu)的選型三、物鏡初始結(jié)構(gòu)參數(shù)的計算四、物鏡zemax的初始

2、上機數(shù)據(jù)及像差圖示五、物鏡zemax的校正數(shù)據(jù)及像差圖示設(shè)計步驟15一、外形尺寸計算已知望遠(yuǎn)鏡參數(shù)：Γ＝6，入瞳直徑，相對孔徑，2ω＝8°，L=110mm；視場邊緣允許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、求視場直徑4、求目鏡視場該望遠(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，等效為兩塊平板，如下圖：15目鏡口徑無漸暈時候，，現(xiàn)在有25%的漸暈，所以由設(shè)計要求：視場邊緣允許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%的光能通過望遠(yuǎn)系統(tǒng)

3、，使像質(zhì)較好。在上圖中截取平板攔光部分的梯形進行研究，如下圖，可得比例關(guān)系：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的實際厚度：15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的光線要能通過棱鏡的第一個面（如下圖），則物鏡到第一個棱鏡前表面的最小距離必須滿足：其中為物鏡到第一個棱鏡前表面的最小距離。實際物鏡到第一個棱鏡前表面的距離：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)計滿足實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)計技術(shù)要求與外形尺寸計算結(jié)果：物鏡

4、：，，目鏡：，，由查閱資料與老師講解知，物鏡為大孔徑小視場，而目鏡為小孔徑大視場系統(tǒng)，可知雙膠合物鏡與凱涅爾目鏡滿足設(shè)計任務(wù)要求。15望遠(yuǎn)鏡：孔徑大，視場小，所以軸外像差小，只需要校正軸上點像差。兩種軸上點像差：球差、位置色差。與孔徑相關(guān)。其余軸外像差：與視場相關(guān)，但慧差與孔徑和視場都相關(guān)，所以也要考慮慧差。所以：對于物鏡：校正球差、位置色差、慧差（用正弦差代替）對于目鏡：大視場，小孔徑。要校正：像散、場曲、畸變、慧差、倍率色差。相關(guān)的結(jié)構(gòu)特點，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)，可以同時校正球差，正弦差和色差。當(dāng)高級

5、球差得到平衡時，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合。常見的孔徑如表所示。考慮到膠合面有脫膠的概率，雙膠合物鏡的口徑不宜過大，最大口徑為100mm。雙膠合物鏡能適應(yīng)的視場角不超過。焦距/mm501001502003005001000相對孔徑1:31:51:41:51:61:81:10望遠(yuǎn)物鏡通用的相對孔徑15凱涅爾目鏡，接目鏡為雙膠鏡，增加一個膠合面變數(shù)用來校正倍率色差，且在校正倍率色差的同時可以把場鏡和接目鏡的間隔進一步減小，從而取得結(jié)構(gòu)縮短，場曲減小的效果。光學(xué)性能：視場，相對鏡目距。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

6、初始結(jié)構(gòu)參數(shù)的計算1.求，，由設(shè)計條件，有2.求平板像差（由于含有平板，平板會產(chǎn)生像差，所以要用物鏡的像差來平衡平板的像差）u=0.125，uZ==-0.0698，,,151.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，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）物本身位于無窮遠(yuǎn)，則（5）求取冕牌在前，則15（1）選玻璃根據(jù)與查閱《光學(xué)儀器設(shè)計手冊》，選取K9-F5玻璃對。初始數(shù)據(jù)為：（2）求形狀系數(shù)Ｑ（3）求歸一化條件下透鏡各面的曲率（4）求薄透鏡各面球面半徑15（1）求厚透鏡

7、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：15四、物鏡zemax的初始上機數(shù)據(jù)及像差圖示1.初始上機數(shù)據(jù)2.像差圖示2D草圖15光線像差特性曲線光路特性曲線15標(biāo)準(zhǔn)點列圖五、物鏡zemax的校正數(shù)據(jù)及像差圖示1.校正數(shù)據(jù)2.像差圖示152D草圖光線像差特性曲線15光路特性曲線標(biāo)準(zhǔn)點列圖15