文档介绍：汉口学院
《应用光学》
课程设计报告
报告题目: 双筒棱镜望远镜设计
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二O 一四年^一月
双筒棱镜望远镜设计
设计任务与要求
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r = 6倍；
2、物镜的相对孔径 D/f' 4: 4 （D为入瞳直径，D= 30mm ）;
3、望远镜的视场角2 3 =8° ;
4、仪器总长度在110mm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2〜5mm。
6、 lz >8 〜10mm
目录
一、外形尺寸计算
二、初始结构的选型
三、物镜初始结构参数的计算
四、物镜zemax的初始上机数据及像差图示
五、物镜zemax的校正数据及像差图示
设计步骤
一、外形尺寸计算
已知望远镜参数：
r *,入瞳直径D 30mm，相对孔径号 1: 4 , 2 w =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＞ =14mm
1、求 f1 ' , f2 '
物镜焦距f1 4 D 120mm
目镜焦距f2 £理20mm
6
2、求 D '
出瞳直径D' D 5mm
3、求视场直径
'
D视=2 f〔 tan4 =
4、求目镜视场2 '
' ' '
tan = tan 2
该望远系统采用普罗I型棱镜转像，普罗I型棱镜如下图：
将普罗I型棱镜展开，等效为两块平板，如下图:
目说新呈 2?%
梗焦 25%
.., 一，一 , , ^9 ■- ft —-I ,,，一
目镜口径d目无渐晕时候，一： n ,现在有25%勺渐晕,
所以％ T3 F 腹 s — i =
由设计要求：视场边缘允许50%勺渐晕，可利用分划板拦去透镜下部25%勺光，利用平板拦去透镜上部的 25%勺光，这样仅有透镜中间的50%勺光能通过望远系统，使像质较好。
在上图中截取平板拦光部分的梯形进行研究，如下图，可得比例关系：
izu inmm
其中a为第二块平板的后表面到分划板的距离，根据要求，可
取 a 14mm。
解得：h
由此可得:
等效平板厚度 D 2h
所以棱镜展开的实际厚度:
L KD
考虑到棱镜的装配，取L

因此，等效空气平板厚度
考虑到棱镜通光口径有限,
L d —
n
因此需考虑到全孔径全视场的光线要
能通过棱镜的第一个面（如下图），则物镜到第一个棱镜前表面的最
小距离必须满足:
其中c为物镜到第一个棱镜前表面的最小距离。
120-c —= =>c = 53J
120 15
实际物镜到第一个棱镜前表面的距离:
c 120 a b 2d
其中b为普罗I型棱镜系统的两棱镜的距离，根据要求，取b 2mm
由c c知，设计满足实际棱镜通光口径的限制。
二、初始结构的选型根据设计技术要求与外形尺寸计算结果：
物镜：D/ f' 1: 4 , 2 8o , f' 120mm
目镜：f 20mm 2 °, D 5mm , lz 8 ~ 10mm
由查阅资料与老师讲解知，物镜为大孔径小视场，而目镜为小孔
径大视场系统，可知双胶合物镜与凯涅尔目镜满足设计任务要求。
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）
对于目镜：大视场，小孔径。要校正：像散、场曲、畸变、慧差、倍率色差。
相关的结构特点，像差特性和光学性能如下：
双胶合望远物镜，结构简单，制造和装配方便，光能损失较小。
玻璃选择得当，可以同时校正球差，正弦差和色差。当高级球差得到平衡时，胶合面的曲率较大，剩余的带球差偏大。因而，双胶合物镜只适用于小孔径的使用场合。常见的孔径如表所示。
考虑到胶合面有脱胶的概率，双胶合物镜的口径不宜过大，最大口径为100mm。双胶合物镜能适应的视场角不超过10°。
焦距f /mm
50
100
150
200
300
500
1000
相对孔径D / f
1:3
1:5
1:4
1:5
1:6
1:8
1: