双筒棱镜望远镜设计
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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
二、外形尺寸计算
已知望远镜为参数：
Γ＝6 ，D/f ′＝1：4，D ＝30mm ，2ω＝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'1f ，'2f
2．求出瞳 D
D =/D Γ=5mm
3．求视场
4. 求2ω
5．计算棱镜
由棱镜几何关系知K=L/D=2
设棱镜高h ，则120
151205.73912.85.7-=--h 2798.8=⇒h mm 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
120120D h d =- 7616.53≥⇒d mm
三、相差容限计算和选型
1.象差容限
（1）物镜像差容限
①球差
10H 球差容限0377.0sin '2''=≤m m U n L λ
δ
0.707H 球差容限2263.0sin 6'2''707.0=≤m
h U n L λδ ②正弦差
③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
2.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
（1）选取双胶合物镜
D=30mm ，h=15mm,h Z =0,J=n ’u ’y ’=1.0489,其中125.0''==
f
h u （2）计算平板象差
u=0.125，u Z =︒-4=-0.0698，675.332=⨯=d ,5163.1=n ,1.64=ν
(2)物镜象差
由物镜和棱镜互补得； ①求001956.02==ϕn C C I I ②求P 、W ③求P 、W ④求∞
∞W P ,
⑤求0P
取冕牌在前，则
根据0P 及I C 查阅《光学仪器设计手册》，选取玻璃BaK2（5399.11=n ）
和ZF2（6725.12=n ）
另查表得031102.21=ϕ，260234.00=P ，208478.40-=Q ,40.2=A ，073668.00-=W ，70.1=K
求形状参数Q ：
A P P Q Q 00-±=∞
（1） K
W W Q Q 00-+=∞ （2） 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247899.40-=Q
⑤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（321,,r r r ），两种玻璃材料的折射率（21,n n ）和平均色散（21,νν）。在规化条件下，双胶合薄透镜的1'=f ，则有：
式中，21,φφ分别为两个透镜的光焦度，由上式得：
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2r 或22/1r =ρ为独立变数，并以阿贝不变量Q 来表示之：
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：Q n n ,,,,,12211φνν。至于球面半径或其曲率，可由下式求得：
由⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧-+-+-=---==+-=+-==+==11111111212221233'11121111
'122
'
n Q n n n r r f Q n n n r f Q
r f φφρφρφρφρ
由上式计算得：
⑥求两个透镜的中心厚度21,d d ：
求各个折射面的矢高321,,x x x ：
2
2)2(外D r r x -±= 当⎩⎨⎧>取“＋”号＜取“－”号 00r r 代入数据得：⎪⎩⎪⎨⎧-=-==mm x mm x mm x 7306417.0328797.2666085.13
21
凸透镜的边缘最小厚度1t 的计算：
凹透镜的边缘最小厚度2t 的计算：
求第一块透镜的中心厚度1d ：
求第二块透镜的中心厚度2d ：
2、目镜计算
（1）选取凯涅耳物镜
出瞳mm D 5'=，mm f 20'=，︒=5.452'ω，mm l Z 10'=
（2）求结构参数
接目镜mm 242.1==‘目‘眼f f
