望远镜设计计算指导.docVIP

《应用光学》课程设计—望远镜设计计算指导 说明： 1、本指导将全面介绍带有普罗I型转像棱镜系统的望远镜设计过程以及计算，作为《应用光学》课程设计的实习范例。实验报告需在此基础上完善和修改，严禁全盘抄袭本指导，否则作0分处理！ 2、本指导省略了理论分析部分，计算依据请参考有关资料。 设计题目和技术要求 题目：双筒棱镜望远镜设计（望远镜的物镜和目镜的选型和设计） 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Γ＝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2ω＝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 如何开始呢？ 我们的工作将按照以下步骤进行： 1、系统外形尺寸的计算：根据需求确定像差，选型； 2、使用PW法进行初始结构的计算：确定系统的r、d、n； 3、像差的校正：通过修改r、d、n，调整像差至容限之内； 4、进行像质评价，总结数据图表，完成设计。 下面我们将根据以上步骤来示范本次设计 第一部分：外形尺寸计算 一、各类尺寸计算 1、计算和 由技术要求有：，又，所以。 又放大率Γ＝6倍，所以。 2、计算 3、计算 4、计算（目镜视场） 5、计算棱镜通光口径 （将棱镜展开为平行平板，理论略） 问题：如何考虑渐晕？ 我们还是采取50%渐晕，但是拦掉哪一部分光呢？ 拦掉下半部分光对成像质量没有改善（对称结构，只能使光能减少），所以我们选择上下边缘各拦掉25%的光，保留中间的50%。即保留中间像质好的，去掉边缘像质不好的。 下半的25%由目镜拦掉，上半的25%由棱镜拦掉，只留下中间的50%。 如图： 移出梯形后计算：，此处后截距取大于14mm即可，我取14mm。 又，，所以有，。 所以展开厚度，因为装配需要，取，空气平板的长度。即(n=1.5163) 物镜距棱镜第一面为59.8mm。 验算：取59.8mm会不会挡轴上点的光？ 如图求得极限距离为53.7mm，若小于此距离时候棱镜档光，取59.8是可以的。 意义：说明之前取后截距，但是不能取得太大，否则棱镜离物镜太近了会挡光！ 6、求目镜口径 无渐晕时候，，现在有25%的渐晕，所以 7、结构 总尺寸 二、选型 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） 对目镜：大视场，小孔径。要校正：像散、场曲、畸变、慧差、倍率色差。 选择：物镜—双胶合；目镜—凯涅耳目镜。 第二部分：PW法求初始结构参数（双胶合物镜设计） （PW法理论略） 一、求解本设计的结构 已知 1、求 由设计条件，有 注意：由于含有平板，平板会产生像差，所以要用物镜的像差来平衡平板的像差。 2、平板像差 两个平板，厚度为，所以有 ， 其中； ； 3、双胶合物镜像差 双胶合物镜像差应该与平行平板像差等值反号，据此提出物镜像差。（若不需平衡平板像差的话，取物镜像差都为0） 即双胶合像差 进行规化后： 1） 2）求P、W： 3）求、： 4）求 若冕牌玻璃在前： 若火石玻璃在前： 查表，选玻璃对。 5）例如选取了K9-F5玻璃对 查表有： 所以； 。 取“—”号时比较接近。 所以注意，这是规化后的。 所以 二、上机计算 根据之前的计算，已基本得到了双胶合物镜的初始结构参数。现在我们知道： 物距：，半视场角：，入瞳直径：30mm，折射面数：7个（双胶合3个，平板4个）。 因为入瞳在物镜上，所以第一面为STO面，各面曲率半径已知，平面曲率为infinity。 另外有，同时有。 输入zemax运行计算： 1）焦距119.5～120.5mm为合格； 2）像差容限 i)球差：1H孔径小于1倍焦深，1倍焦深==0.0377；0.707H带球差小于6倍焦深=0.226。 ii)色差：全孔径范围都小于0.1即可 iii)慧差：我们用慧差代替正弦差，即弧矢慧差 小于0.02即可。 修改、、达到以上要求！ 请看范例 物镜.zmx （可以选取别的玻璃对作为双胶合物镜，有的容易校正像差，有的则稍微困难，即使玻璃对选取相同，最后调整的结果也不相同，所以不要抄袭!） 修改好像差后，按照《光学设计手册》上p356页的表面半径数值表，套用标准半径，选取影响最小的标准半径，套完半径后，保证焦距和像差在合格范围，则达到要求！ 注意：后截距，即棱镜最后面到像面的距离要求大于等于14mm，修改完参数后可能改值只有8mm左右，怎么办