望远镜设计计算指导

《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fo'和fe'

1，又D?30mm，所以fo'?120mm。 fo'4f'又放大率Γ＝6倍，所以fe'?o6?20mm。 由技术要求有：D?2、计算D出

D物?30?D出?D物??30?5mm 63、计算D视场

D视场?2fo'tg??2?120?tg4o?16.7824mm

4、计算?'（目镜视场）

??tg??tg?'??'?45o

5、计算棱镜通光口径D棱

（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：

D?D??D?D移出梯形后计算：?视?棱?14＝?视?物?120，此处后截距取大于

2?4??2?214mm即可，我取14mm。

又D物?30mm，D视场?16.7824mmD棱2?8.287mm。

，

所以有D棱?16.574mm，

所以展开厚度L?2D棱?33.15mm，因为装配需要，取L?33.5mm，空气平板的长度d?L?22.1mm。即(n=1.5163) n

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?14mm，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D目

D'??D目无渐晕时候，D目?2??fo'?fe'?tg??出?，现在有25%的渐晕，所以

2??D'??D目?2??fo'?fe'?tg??出??22.08mm

4??7、结构

总尺寸L?59.8?2?14?20?10?10?91.8?20?111.8?110mm

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。

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