《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。
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
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。
第一部分：外形尺寸计算
一、各类尺寸计算
1、计算'f o 和'f e
由技术要求有：1
'4
o D
f =
，又30D mm =，所以'120o f mm =。 又放大率Γ＝6倍，所以'
'206o e f f mm ==。 2、计算D 出
30
3056
D D D mm =∴=
=
=Γ物出物 3、计算D 视场
2'2120416.7824o o D f tg tg mm ω==⨯⨯=视场
4、计算'ω（目镜视场）
'2'45.545o o tg tg ωωωΓ⨯=⇒=≈
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：
移出梯形后计算：141202224D D D D
⎛⎫⎛⎫-- ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭棱物视视＝，此处后截距取大于
14mm 即可，我取14mm 。
又30D mm =物，16.7824D mm
=视场，
所以有16.574D mm ≈棱，
8.2872
D mm =棱。
所以展开厚度233.15L D mm ==棱，因为装配需要，取33.5L mm =，空气平板的长度22.1L
d mm n
=
≈。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 目无渐晕时候，()'2''2o e D D f f tg ω⎡
⎤=++⎢⎥⎣⎦出目，现在有25%的渐晕，所以
()'2''22.084o e D D f f tg mm ω⎡
⎤=++=⎢⎥⎣
⎦出目
7、结构
总尺寸59.821420101091.820111.8110L mm =-++++=+=≈
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'120,30,28o o f mm D mm ω===
1、求,,z h h J
由设计条件，有()1520''' 1.0489('0.125,''8.3912,'1)
'z o o D h mm h J n u y h u y f tg mm n f ω⎧==⎪⎪
⎪=⎨==⎪⎪
=====⎪⎩
孔径光阑在物镜框上 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2233.567L mm =⨯=，所以有
24
310.006906Ip n S du n -=-=-∑，
其中67, 1.5163(9),0.125,0.0696,64.06p d mm n K u u ν====-=；
(
)0.003404Ip p IIp
u S
S u
==∑∑；
2
2
(1)0.003670Ip d n C u n ν
--=
=-∑ 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）
