双筒棱镜望远镜_课程设计

精品文档 1欢迎下载 双筒棱镜望远镜设计双筒棱镜望远镜设计 班级 班级 学号 学号 姓名 姓名 指导老师 指导老师 精品文档 2欢迎下载 目录目录 1 1 设计任务设计任务 2 2 外形尺寸计算外形尺寸计算 3 3 像差容限计算和选型像差容限计算和选型 4 4 P P W W 法计算初始结构法计算初始结构 5 5 像差像差数据和曲线像差像差数据和曲线 6 6 像质评价和光瞳衔接像质评价和光瞳衔接 7 7 学习体会学习体会 8 8 光学零件图和系统图光学零件图和系统图 精品文档 3欢迎下载 一 设计任务一 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 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 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 2 5mm 6 lz 8 10mm 二 外形尺寸计算二 外形尺寸计算 已知望远镜为参数 6 D f 1 4 D 30mm 2 8 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 14mm 1 求 1 f 2 f mmff mmDf 20 1204 1 2 1 2 求出瞳 D D D 5mm 3 求视场 16 7824mm tan4f2 D 1 视 精品文档 4欢迎下载 4 求 2 5 452tan tan 5 计算棱镜 由棱镜几何关系知 K L D 2 设棱镜高 h 则mm 120 15120 5 73912 8 5 7 h 2798 8 h D 2h 16 574mm L 2D 33 15mm 取 d 33 5mm 6 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 2 120 120 D hd mm7616 53 d 三 相差容限计算和选型三 相差容限计算和选型 1 1 象差容限象差容限 1 1 物镜像差容限 物镜像差容限 球差 10H 球差容限0377 0 sin 2 m m Un L 0 707H 球差容限2263 0 sin 6 2 707 0 m h Un L 正弦差 02 0 sin2 m s Un K 精品文档 5欢迎下载 色差 在 0 5OH 接近 0 2 2 目镜像差容限目镜像差容限 目镜需要校正的有正慧差 像散 场曲 畸变 倍率色差 06 003 002 0 12 7 5 4 26 18 0 4 26 18 0 014 0014 0014 0 6060 3030 FC t ts T y q x x K 2 2 选型选型 1 1 物镜选型 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 2 目镜选型 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 精品文档 6欢迎下载 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 50 之间 四 四 P P W W 法计算初始结构法计算初始结构 1 1 物镜计算 物镜计算 1 1 选取双胶合物镜 选取双胶合物镜 D 30mm h 15mm hZ 0 J n u y 1 0489 其中125 0 f h u 2 计算平板象差 u 0 125 uZ 0 0698 467 5 332 d5163 1 n 1 64 003667 0 1 003404 0 006096 0 1 2 2 2 4 3 2 u n nd C u u SS u n n dS IP Z IPP IP 2 2 物镜象差物镜象差 由物镜和棱镜互补得 003667 0 003404 0 006096 0 I P I C S S 求 001956 0 2 n C C I I 求 P W 0004046 0 h S P I 精品文档 7欢迎下载 0032453 0 J S W 求P W 20808 0 3 h P P 2077 0 2 h W W 求 WP WW PP 求 0 P 取冕牌在前 则 19822 0 1 0 85 0 2 0 WPP 002 0 I C 根据及查阅 光学仪器设计手册 选取玻璃 0 P I C BaK2 和 ZF2 5399 1 1 n6725 1 2 n 另查表得 031102 2 1 260234 0 0 P208478 4 0 Q40 2 A 073668 0 0 W70 1 K 求形状参数 Q A PP QQ 0 0 1 K WW QQ 0 0 2 精品文档 8欢迎下载 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247899 4 0 Q 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 rrr 21 n n 21 规化条件下 双胶合薄透镜的 则有 1 f 1 21 式中 分别为两个透镜的光焦度 由上式得 21 12 1 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 2 r 22 1 r 阿贝不变量 Q 来表示之 1212 1 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 可由下式求得 Qnn 12211 精品文档 9欢迎下载 由 1 1 11 11 11 2 1 2 2 2 1 2 3 3 1 11 2 1 1 1 1 12 2 n Q n n nrr f Q n n nr f Q r f 由上式计算得 683550 0 1 1 1 137955 2 545199 1 1 2 1 2 2 3 12 1 11 1 n Q n n Q Q n n mmr mmr mmr 55156 175 132156 54 889730 77 3 2 1 求两个透镜的中心厚度 21 d d 求各个折射面的矢高 321 xxx 当 22 2 外 D rrx 取 号 取 号 0 0 r r 代入数据得 mmx mmx mmx 7306417 0 328797 2 666085 1 3 2 1 凸透镜的边缘最小厚度 的计算 1 t mm xxD t974598 1 10 33 12 1 外 凹透镜的边缘最小厚度的计算 2 t 精品文档 10欢迎下载 mm xxD t550397 4 10 88 23 2 外 求第一块透镜的中心厚度 1 d mmxxtd057334 6 1211 求第二块透镜的中心厚度 2 d mmxxtd862405 2 2322 2 2 目镜计算 目镜计算 1 选取凯涅耳物镜 出瞳 mmD5 mmf20 5 452 mmlZ10 2 求结构参数 接目镜mm242 1 目 眼 ff 2 0 2 2 15 0 85 0 02 0 WPP n u JWhJPhS WJPhS ZZ ZI 0 0 6 2 4 0 PW P hZ 由物镜出瞳与目镜入瞳相对于物镜成共轭关系可得 mmlZ10 1 mm24 眼 f 眼 fll Z Z 111 1 1 mmlZ 2 17 1 其中 d 取 18mm 可取 2 35 12 mmdll ZZ mmlZ42 2 mmlZ1255120 2 精品文档 11欢迎下载 场 fll Z Z 111 2 2 mm4 31 场 f 其中场镜取 K9 玻璃 则 n 1 5163 场 场 f n 1 1 54 取 mmr 2 16 4 5 rmmd5 4 4 3 3 选取玻璃 计算半径 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 ZK37172 1 1 n 玻璃 5891 1 2 n 查阅设计手册的 5 29 1 2 61 2 345945 2 A672972 1 K930599 0 1 948205 0 0 P096345 4 0 Q196994 0 0 W 计算 WQ 2 531771 0 6 2PW 700759 2 0 0 K WW QQ 计算 r1 r2 r3 由 1 1 11 11 11 2 1 2 2 2 1 2 3 3 1 11 2 1 1 1 1 12 2 n Q n n nrr f Q n n nr f Q r f 计算得 精品文档 12欢迎下载 507041 1 1 1 77016 1 472615 0 1 1 2 2 3 12 1 11 1 Q n n Q Q n n mm f r mm f r mm f r 92549 15 55810 13 78130 50 3 3 2 2 1 1 目镜取 mmd5 1 1 mmd5 4 2 5 像差数据和曲线像差数据和曲线 1 1 物镜像差数据 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 1 2 56 7500 2 900 BAK2 精品文档 13欢迎下载 3 199 0700 54 900 ZF2 4 0 0000 33 500 1 5 0 0000 2 000 K9 6 0 0000 33 500 1 7 0 0000 14 379 K9 定义了下列玻璃 BAK2 1 5399 1 546276 1 537226 ZF2 1 6725 1 687472 1 666602 K9 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 00000 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 12498 2 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 精品文档 14欢迎下载 0 0172 0 0000 弥散园 LR 0 0042 0 0066 0 0055 0 0026 0 0006 0 0000 F光球差 LF 0 0859 0 0170 0 0138 0 0251 0 0204 0 0140 C光球差 LC 0 0115 0 0256 0 0150 0 0176 0 0492 0 0703 轴向色差 LFC 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 Xts 1 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 精品文档 15欢迎下载 Yz Yz F Yz C yFC LT LS 1 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 0118 0 0335 0 0343 5 0 0007 0 0065 0 0019 0 0083 0 0333 0 0337 3 0 0001 0 0036 0 0014 0 0050 0 0332 0 0333 KT 1 0H KT 7H KT 3H KS 1 0H KS 707H KS 3H 1 0 0541 0 0235 0 0038 0 0167 0 0076 0 0013 85 0 0461 0 0201 0 0032 0 0141 0 0065 0 0011 7071 0 0384 0 0167 0 0027 0 0117 0 0054 0 0009 5 0 0272 0 0119 0 0019 0 0082 0 0038 0 0006 3 0 0163 0 0071 0 0011 0 0049 0 0023 精品文档 16欢迎下载 0 0004 高级像差 L sn LT y KT snh KT sny 0 04588 0 00084 0 00351 0 00014 Xt sn Xs sn LFC yFC sn 0 00169 0 00055 0 18168 0 00000 垂轴像差 没有考虑实际渐晕系数 即认为渐晕系数都为 1 子午垂轴像差 Yt 像面位移 0 1 0H 0 85H 0 7071H 0 5H 0 3H 0H 1 0 05921 0 06299 0 05881 0 04576 0 02927 0 00000 85 0 03692 0 04264 0 04096 0 03235 0 02083 0 00000 7071 0 02032 0 02718 0 02721 0 02185 0 01415 0 00000 5 0 00424 0 01154 0 01288 0 01059 0 00684 0 00000 3 0 00234 0 00401 0 00533 0 00414 0 00241 0 00000 精品文档 17欢迎下载 0 0 00418 0 00663 0 00555 0 00260 0 00065 0 00000 1 0H 0 85H 0 7071H 0 5H 0 3H 0H 1 0 16742 0 13536 0 10590 0 06772 0 03684 0 00000 85 0 12909 0 10431 0 08109 0 05107 0 02728 0 00000 7071 0 09712 0 07857 0 06066 0 03747 0 01953 0 00000 5 0 05865 0 04796 0 03659 0 02166 0 01065 0 00000 3 0 03033 0 02589 0 01958 0 01080 0 00471 0 00000 0 0 00418 0 00663 0 00555 0 00260 0 00065 0 00000 子午光线对弥散圆直径 1 0H 0 85H 0 7071H 0 5H 0 3H 0H 1 0 22663 0 19835 0 16471 0 11348 0 06611 0 00000 精品文档 18欢迎下载 85 0 16602 0 14695 0 12205 0 08342 0 04811 0 00000 7071 0 11744 0 10575 0 08786 0 05932 0 03368 0 00000 5 0 06289 0 05949 0 04947 0 03226 0 01748 0 00000 3 0 02799 0 02989 0 02491 0 01494 0 00712 0 00000 0 0 00837 0 01325 0 01110 0 00521 0 00129 0 00000 弧矢垂轴像差分量 Ys Zs 1 0H 0 85H 0 7071H 0 5H 0 3H 1 0 01667 0 05818 0 01148 0 05234 0 00765 0 04344 0 00367 0 02929 0 00129 0 01661 85 0 01410 0 04321 0 00971 0 03966 0 00647 0 03293 0 00310 0 02189 0 00109 0 01219 7071 0 01169 0 03119 0 00804 0 02949 0 00536 0 02451 0 00257 0 01595 0 00090 0 00863 精品文档 19欢迎下载 5 0 00823 0 01769 0 00566 0 01806 0 00377 0 01503 0 00181 0 00928 0 00063 0 00464 3 0 00492 0 00905 0 00339 0 01074 0 00226 0 00896 0 00108 0 00501 0 00038 0 00208 0 0 00000 0 00418 0 00000 0 00663 0 00000 0 00555 0 00000 0 00260 0 00000 0 00065 物镜曲线物镜曲线 精品文档 20欢迎下载 2 2 目镜像差数据和曲线 目镜像差数据和曲线 像差数据 像差数据 1 初始参数 物距 半视场角 入瞳半径 0 22 75 2 5 系统面数 色光数 实际入瞳 上光渐晕 下光 渐晕 5 3 10 0 5 0 5 理想面焦距 理想面距离 0 0 面序号 半径 厚度 玻璃 STO 28 5800 1 500 1 2 11 5610 4 500 ZF3 3 19 7240 15 600 ZK3 4 16 5200 4 500 1 5 0 0000 2 495 K9 精品文档 21欢迎下载 定义了下列玻璃 ZF3 1 7172 1 734681 1 710371 ZK3 1 5891 1 595862 1 586242 K9 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 19 62158 2 49478 6 74243 2 49478 入瞳距离 lz 出瞳距离 lz 近轴像高 y 放大率 10 00000 120 68283 8 22801 0 00000 入瞳直径 D 出瞳直径 D 拉赫不变量 J 像方孔径角 U 5 00000 30 11686 0 31450 0 12741 2 像差 零视场像差 1H 0 85H 0 707H 0 5H 0 3H 0H 球差 L 0 3095 0 2225 0 1534 0 0764 0 0274 0 0000 弥散园 LR 0 0397 0 0242 0 0139 0 0049 0 0010 0 0000 精品文档 22欢迎下载 F光球差 LF 0 3129 0 2268 0 1583 0 0820 0 0335 0 0063 C光球差 LC 0 2975 0 2102 0 1409 0 0636 0 0146 0 0129 轴向色差 LFC 0 0154 0 0165 0 0174 0 0183 0 0189 0 0192 D光各视场像差 相对视场 Lz1 Lz2 Yz Xt Xs Xts 1 10 0000 57 2223 7 9847 0 3537 1 1561 1 5098 85 10 0000 67 2066 6 8146 0 0724 0 8395 0 9119 7071 10 0000 77 8940 5 7024 0 0122 0 5839 0 5717 5 10 0000 94 6861 4 0684 0 0289 0 2940 0 2650 3 10 0000 109 8206 2 4579 0 0142 0 1064 0 0922 Yz Yz F Yz C yFC LT LS 1 0 2433 0 2470 0 2377 0 0093 0 3847 0 3082 精品文档 23欢迎下载 85 0 1792 0 1882 0 1724 0 0158 0 0522 0 3116 7071 0 1157 0 1264 0 1089 0 0175 0 2038 0 3120 5 0 0456 0 0554 0 0400 0 0153 0 2802 0 3112 3 0 0105 0 0171 0 0069 0 0102 0 3024 0 3102 KT 1 0H KT 7H KT 3H KS 1 0H KS 707H KS 3H 1 0 0931 0 0355 0 0051 0 0011 0 0008 0 0002 85 0 0212 0 0066 0 0007 0 0061 0 0031 0 0006 7071 0 0039 0 0035 0 0008 0 0071 0 0035 0 0006 5 0 0129 0 0068 0 0013 0 0060 0 0029 0 0005 3 0 0101 0 0051 0 0009 0 0038 0 0019 0 0003 高级像差 精品文档 24欢迎下载 L sn LT y KT snh KT sny 0 00137 0 69418 0 01111 0 06979 Xt sn Xs sn LFC yFC sn 0 18903 0 00584 0 00380 0 01092 垂轴像差 没有考虑实际渐晕系数 即认为渐晕系数都为 1 子午垂轴像差 Yt 像面位移 0 1 0H 0 85H 0 7071H 0 5H 0 3H 0H 1 0 01314 0 00322 0 00299 0 00734 0 00722 0 00000 85 0 01891 0 00971 0 00396 0 00040 0 00149 0 00000 7071 0 02178 0 01233 0 00641 0 00182 0 00030 0 00000 5 0 02545 0 01475 0 00799 0 00264 0 00074 0 00000 3 0 03003 0 01759 0 00958 0 00305 0 00063 0 00000 0 0 03971 0 02422 0 01387 0 00487 0 00105 0 00000 1 0H 0 85H 0 7071H 0 5H 精品文档 25欢迎下载 0 3H 0H 1 0 17315 0 11263 0 07392 0 03814 0 01733 0 00000 85 0 02352 0 01432 0 00932 0 00532 0 00289 0 00000 7071 0 02964 0 02060 0 01346 0 00603 0 00196 0 00000 5 0 05122 0 03397 0 02159 0 00960 0 00328 0 00000 3 0 05027 0 03230 0 01980 0 00818 0 00248 0 00000 0 0 03971 0 02422 0 01387 0 00487 0 00105 0 00000 子午光线对弥散圆直径 1 0H 0 85H 0 7071H 0 5H 0 3H 0H 1 0 16001 0 10941 0 07691 0 04548 0 02454 0 00000 85 0 00461 0 00460 0 00536 0 00572 0 00439 0 00000 7071 0 05142 0 03293 0 01987 0 00785 0 00227 0 00000 精品文档 26欢迎下载 5 0 07667 0 04873 0 02958 0 01224 0 00401 0 00000 3 0 08030 0 04990 0 02938 0 01123 0 00311 0 00000 0 0 07943 0 04844 0 02774 0 00975 0 00210 0 00000 弧矢垂轴像差分量 Ys Zs 1 0H 0 85H 0 7071H 0 5H 0 3 1 0 00115 0 17574 0 00102 0 14052 0 00080 0 11103 0 00045 0 07387 0 00017 0 04255 85 0 00609 0 14122 0 00443 0 11082 0 00307 0 08610 0 00154 0 05608 0 00056 0 03182 7071 0 00712 0 11163 0 00510 0 08550 0 00351 0 06493 0 00174 0 04103 0 00062 0 02276 5 0 00600 0 07659 0 00428 0 05560 0 00293 0 03999 0 00145 0 02336 0 00052 0 01214 3 0 00382 0 05320 0 00271 0 03569 精品文档 27欢迎下载 0 00185 0 02341 0 00091 0 01162 0 00033 0 00510 0 0 00000 0 03971 0 00000 0 02422 0 00000 0 01387 0 00000 0 00487 0 00000 0 00105 目镜曲线 目镜曲线 精品文档 28欢迎下载 6 6 像质评价和光瞳衔接像质评价和光瞳衔接 像质评价 像质评价 调试中对物镜的球差 正弦差和倍率色差等轴上色差进行了校 正 三种像差