双筒棱镜望远镜_课程设计

1、双筒棱镜望远镜设计班级：学号：姓名：指导老师:目录一、设计任务二、外形尺寸计算三、像差容限计算和选型四、P、W法计算初始结构五、像差像差数据和曲线六、像质评价和光瞳衔接七、学习体会八、光学零件图和系统图一、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25mm6、lz ' 8 10mm

2、二、外形尺寸计算已知望远镜为参数：r = 6 , D/f'= 1: 4, D= 30mm 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=14mm1求 f；, f2f1' D 4 120mmf2 f1' / 20mm2. 求出瞳DD D / =5mm3. 求视场D 视=2 f-i tan4 = 16.7824mm4.求2tan 二 tan 245.55.计算棱镜由棱镜几何关系知K=L/D=2设棱镜高 h,贝则h 7.5120 15 h 8.2798mm8.3912 7.5120D=2h=16.574mmL=2D=

3、33.15mm取 d=33.5mm6.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120 d h120 Dd 53 .7616 mm三、相差容限计算和选型1.象差容限（1）物镜像差容限 球差10H球差容限Lmn sin 2 U0.03770.707H 球差容限 L 0.707 hn sin 2 U m0.2263 正弦差0 .02sin 色差在0.5OH接近0（2）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30306060K T '0 . 0140 .0140 . 0141x ts0 .81.62 .4Xt'0 .81.62 .4q5 %7%12 %

4、1y fc0 .020.030 .062.选型（1）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）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进一步减小，结构减小，场

5、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、P、W法计算初始结构1、物镜计算0.125(1)选取双胶合物镜D=30mm h=15mm,h=0,J=n u y =1.0489,其中 u(2)计算平板象差u=0.125，Uz= 4 =-0.0698，d 2 33.5 67, n 1.5163,64.1Sipd n 3 1 u40.006096nS PSIP(UZ )0.003404uCIP2d (n 1)22 u0.003667n(2)物镜象差由物镜和棱镜互补得;SiS p0.0060960.003404Cl0.003667求ClCi10.001956n求p、

6、WP Sl 0.0004046hSW0.0032453J求P、WPP3 0.20808(h )3WW20.2077(h )2求P ,WPPWW求Po取冕牌在前，则 2F0 P 0.85(W0.1)20.19822CI 0.002根据p°及C；查阅光学仪器设计手册，选取玻璃BaK2（m 1.5399 ）Q0PP0(1)AQoWWo(2)K0.260234， Q 4.208478 , A 2.40，和 ZF2 ( n21.6725)另查表得 12.031102， P0W00.073668， K 1.70求形状参数Q:QQ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 式的

7、值与（2）式值求平均值，得Q。4.247899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（r1,r2, r3），两种玻璃材料的折射率（n1, n2 ）和平均色散（1, 2）°在 规化条件下，双胶合薄透镜的f' 1，则有：1 2 1式中，1, 2分别为两个透镜的光焦度，由上式得：2 1 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r2或2 1/r2为独立变数，并以阿 贝不变量Q来表示之：Q 1 / 3121透镜弯曲的形状由Q决定，所以Q称为形状系数

8、。综上所述，用以表示双胶合薄透镜的全部独立结构参数为：n1, 1, n2, 2, 1，Q。至于球面半径或其曲率，可由下式求得：1n11E 1n111 n21n2n21由上式计算得:n1 1m 1Q 1.5451990.68355Q2.137955Q n2 177 .889730 mm ,254.132156 mm175 .55156 mm求两个透镜的中心厚度d1,d2 :求各个折射面的矢高X1,X2,X3 ：2 （D外）2当r 0 r VO代入数据得:X1X2X31.666085 mm2.328797 mm0.7306417 mm凸透镜的边缘最小厚度t1的计算:D 外 3x2 3x-it1-

9、1.974598 mm10凹透镜的边缘最小厚度t2的计算:D 外 8x3 8x2t2 外 - 4.550397 mm10求第一块透镜的中心厚度d1 :d1 t1 x2 x-i 6.057334 mm求第二块透镜的中心厚度d2 :d2 t2 X3 X22.862405 mm2、目镜计算(1) 选取凯涅耳物镜出瞳D' 5mm，20mm , 245.5 ， lZ10mm(2) 求结构参数接目镜f眼1.2f 目24mmSihz P2 hz PJW2JhzWP00.85(WJ2n20.15)hz0.4W26, P0由物镜出瞳与目镜入瞳相对于物镜成共轭关系可得1 Z110mm， f眼 24mmlZ

10、11lZ11 '' lZ1 17.2mm f眼1 Z21 Z1d 35.2mm,其中 d 取 18mm 可取 lz2 42mmIZ21205125mm1 1 1'f 场 31.4mm*2 lZ2 f 场1场(n 1)( 45) -1其中场镜取K9玻璃，则n=1.5163f场r4 16.2mm , r5，取 d4 4.5mm(3) 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(m 1.7172 )和ZK3玻璃(n2 1.5891)查阅设计手册的：129.5，261.2， A 2.345945，P0 0.948205， Q0 4.096345，W0计算W、Q

11、:K 1.672972，10.930599 ，0.196994W2.6 F0 =2.531771Q Q0WKW02.700759计算r 1、r2、3：1 f221Q由f1n1 1 Q1n12Q1m 11f11 1 n2 Q3321 Qn2 1 n2 11n21计算得:1 Q 0.472615 ni 12 i Q 1.770161.507041A50.78130mm1ID f 13.55810mm2ir3 f 15.92549 mm3目镜取 d11.5mm , d24.5mm五、像差数据和曲线(1)、物镜像差数据1.初始参数物距半视场角(° )入瞳半径0415系统面数色光数实际入瞳渐晕

12、730 1-1理想面焦距理想面距离00上光渐晕下光玻璃面序号 半径厚度STO 73.45006.10012-56.75002.900 BAK23-199.070054.900ZF240.000033.500150.00002.000K960.000033.500170.000014.379K9定义了下列玻璃：BAK2 1.53991.546276 1.537226ZF21.67251.6874721.666602K91.51631.5219551.513895计算结果1. 咼斯参数有效焦距(f)后截距(L')前截距(L)像距(I')120.0174114.37867-118.8

13、126714.37867入瞳距离(lz)出瞳距离(lz')近轴像高(y')放大率(_)0.00000-106.85559 8.392430.00000入瞳直径(D)出瞳直径(D')拉赫不变量(J)像方孔径角(U')30.0000030.30417-0.314670.124982. 像差*零视场像差*1H0.85H0.707H 0.5H0.3H 0H球差L'-0.0331 -0.0619 -0.0624 -0.0415-0.01720.0000弥散园LR'-0.0042-0.0066-0.0055-0.0026-0.00060.0000F光球差LF

14、 '0.08590.0170-0.0138-0.0251-0.0204-0.0140C光球差LC-0.0115-0.0256-0.01500.01760.04920.0703轴向色差LFC '0.09740.04260.0012-0.0427-0.0696-0.0843*D光各视场像差*相对视场Lz1Lz2Yz'Xt'Xs'Xts'10.0000-106.7882 -8.3871 -0.8556 -0.4234-0.4322.850.0000-106.8069 -7.1303 -0.6195 -0.3064-0.3131.7071 0.0000-

15、106.8219 -5.9324 -0.4295 -0.2123-0.2172.50.0000 -106.8388 -4.1956 -0.2152 -0.1063-0.1089.30.0000 -106.8496 -2.5176 -0.0776 -0.0383-0.0393Yz' Yz'F Yz"C yFC' LT' LS'10.00530.01690.00020.0167-0.0340-0.0355.850.00330.0131-0.0010 0.0142-0.0337-0.0348.7071 0.00190.0101-0.0017 0.01

16、18-0.0335-0.0343.50.00070.0065-0.0019 0.0083-0.0333-0.0337.30.00010.0036-0.00140.0050-0.0332-0.0333KT'1.0HKT'.7HKT'.3HKS'1.0HKS'.707HKS'.3H10.05410.02350.00380.01670.00760.0013.850.04610.02010.00320.01410.00650.0011.7071 0.03840.01670.00270.01170.00540.0009.50.02720.01190.001

17、90.00820.00380.0006.30.01630.00710.00110.00490.00230.0004*高级像差*L'snLT 'y-0.04588-0.00084Xt's nXs's n-0.00169-0.00055*垂轴像差*KT's nhKT's ny-0.003510.00014LFC 'yFC'sn0.18168 0.00000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 ）1.0H0.85H0.7071H0.5H0.3H 0H1-0.05921-0.0629

18、9-0.05881-0.04576-0.029270.00000.85-0.03692-0.04264-0.04096-0.03235-0.020830.00000.7071-0.02032-0.02718-0.02721-0.02185-0.014150.00000.5-0.00424 -0.01154 -0.01288 -0.01059-0.006840.00000.30.00234-0.00401 -0.00533 -0.00414-0.002410.000000-0.00418-0.00663-0.00555-0.00260-0.000650.00000-1.0H-0.85H-0.70

19、71H-0.5H-0.3H-0H10.167420.135360.105900.067720.036840.00000.850.129090.104310.081090.051070.027280.00000.70710.097120.078570.060660.037470.019530.00000.50.058650.047960.036590.021660.010650.00000.30.03033 0.025890.019580.010800.004710.0000000.00418 0.006630.005550.002600.000650.00000子午光线对弥散圆直径士 0.5H

20、士 1.0H 士 0.85H士 0.7071H士 0.3H士 0H10.226630.198350.164710.11348 0.06611 0.00000.850.166020.146950.122050.083420.048110.00000.70710.117440.105750.087860.059320.033680.00000.50.062890.059490.049470.032260.017480.00000.30.02799 0.029890.024910.014940.007120.0000000.00837 0.013250.01110 0.005210.001290.0

21、0000 弧矢垂轴像差分量（Ys' Zs'）1.0H0.85H0.7071H0.5H0.3H10.01667 -0.058180.01148 -0.052340.00765 -0.043440.00367 -0.029290.00129-0.01661.850.01410 -0.043210.00971 -0.039660.00647 -0.032930.00310 -0.021890.00109-0.01219.70710.01169 -0.031190.00804 -0.029490.00536 -0.024510.00257 -0.015950.00090-0.00863

22、.50.00823 -0.017690.00566 -0.018060.00377 -0.015030.00181 -0.009280.00063-0.00464.30.00492 -0.009050.00339 -0.010740.00226 -0.008960.00108 -0.005010.00038-0.0020800.00000 -0.004180.00000 -0.006630.00000 -0.005550.00000 -0.002600.00000-0.00065物镜曲线：(2)、目镜像差数据和曲线像差数据：1.初始参数022.752.5系统面数色光数实际入瞳渐晕53-100.

23、5-0.5理想面焦距理想面距离0 0面序号 半径厚度STO 28.58001.5001211.56104.500ZF33-19.724015.600ZK3416.52004.5001物距半视场角(° )入瞳半径50.00002.495K9上光渐晕玻璃下光定义了下列玻璃ZF31.71721.7346811.710371ZK31.58911.5958621.586242K91.51631.5219551.513895计算纟口果-1.咼斯参数前截距(L)像距(l')2.49478近轴像高(y')放大率(_)0.00000有效焦距(f)后截距(L')19.621582

24、.49478-6.74243入瞳距离(lz)出瞳距离(lz')-10.00000120.682838.22801入瞳直径(D) 出瞳直径(D')拉赫不变量(J)像方孔径角(U')5.00000-30.11686-0.314500.127412.像差*零视场像差*1H0.85H0.707H0.5H0.3H0H球差L'-0.3095-0.2225-0.1534-0.0764-0.02740.0000弥散园LR'-0.0397-0.0242-0.0139-0.0049-0.00100.0000F光球差LF '-0.3129-0.2268-0.1583-

25、0.0820-0.0335-0.0063C光球差LC-0.2975-0.2102-0.1409-0.0636-0.01460.0129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Lz1Lz2Yz'Xt'Xs'Xts'1-10.0000 57.2223 -7.9847 0.3537-1.15611.5098.85-10.0000 67.2066 -6.8146 0.0724-0.83950.9119.7071 -10.0000 77.8940 -5.7024 -0

26、.0122 -0.58390.5717.5-10.0000 94.6861 -4.0684 -0.0289 -0.29400.2650.3-10.0000 109.8206 -2.4579 -0.0142 -0.10640.0922Yz' Yz'F Yz'C yFC' LT' LS'10.24330.24700.23770.00930.3847-0.3082.850.17920.18820.17240.0158-0.3116.7071 0.11570.12640.10890.0175-0.3120.50.04560.05540.04000.015

27、3-0.3112.30.01050.01710.00690.0102-0.3102KT'1.0HKT'.7HKT'.3HKS'1.0HKS'.3H1-0.0931-0.0355-0.00510.00110.0002.85-0.0212 -0.0066 -0.0007 0.00610.0006.7071 0.00390.00350.00080.00710.0006.50.0129 0.0068 0.0013 0.00600.0005.30.01010.0051 0.0009 0.00380.0003-0.0522-0.2038-0.2802-0.3024K

28、S'.707H0.00080.00310.00350.00290.0019*高级像差*L 'snLT 'yKT's nhKT ' sny0.001370.694180.011110.06979Xt's nXs's nLFC 'yFC's n-0.18903-0.005840.003800.01092*垂砧彼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 ）1.0H0.85H0.7071H0.5H0.3H 0H1-0.01314 -0.00322 0.002990.007340.0

29、07220.00000.85-0.01891 -0.00971 -0.00396 0.000400.001490.00000.7071-0.02178-0.01233-0.00641-0.00182-0.000300.00000.5-0.02545-0.01475-0.00799-0.00264-0.000740.00000.3-0.03003-0.01759-0.00958-0.00305-0.000630.00000-0.03971-0.02422-0.01387-0.00487-0.001050.00000-1.0H-0.85H-0.7071H-0.5H-0.3H -OH1-0.1731

30、5-0.11263-0.07392-0.03814-0.017330.00000.85-0.02352 -0.01432 -0.00932 -0.00532-0.002890.00000.70710.029640.02060 0.013460.006030.001960.00000.50.051220.033970.021590.009600.003280.00000.30.050270.032300.019800.008180.002480.000000.039710.024220.013870.004870.001050.00000子午光线对弥散圆直径士 0.5H士 1.0H 士 0.85

31、H士 0.7071H士 0.3H士 0H10.160010.109410.076910.045480.024540.00000.850.004610.004600.005360.005720.004390.00000.70710.051420.032930.019870.007850.002270.00000.50.076670.048730.029580.012240.004010.00000.30.080300.049900.029380.011230.003110.0000000.079430.048440.027740.009750.00210 0.00000 弧矢垂轴像差分量（Ys&

32、#39; Zs'）1.0H0.85H0.7071H0.5H0.310.00115 -0.175740.00102 -0.140520.00080 -0.111030.00045 -0.073870.00017-0.04255.850.00609 -0.141220.00443 -0.110820.00307 -0.086100.00154 -0.056080.00056-0.03182.70710.00712 -0.111630.00510 -0.085500.00351 -0.064930.00174 -0.041030.00062-0.02276.50.00600 -0.07659

33、0.00428 -0.055600.00293 -0.039990.00145 -0.023360.00052-0.01214.30.00382 -0.053200.00271 -0.035690.00185 -0.023410.00091 -0.011620.00033 -0.0051000.00000 -0.039710.00000 -0.024220.00000 -0.013870.00000 -0.004870.00000-0.00105目镜曲线：子午意差曲线11H7H . Bm-/1-0 09-0 050. 00. 050,09六、像质评价和光瞳衔接像质评价：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。三种像差均调