光学设计报告

湖北第二师范学院《光学系统设计》

题目：望远镜的设计

姓名：刘琦

学号:1050730017

班级：10应用物理学

目录

望远系统设计............................................................................................... 第一部分：外形尺寸计算 .......................................................................... 第二部分：PW法求初始结构参数（双胶合物镜设计） ....................... 第三部分：目镜的设计 .............................................................................. 第四部分：像质评价 .................................................................................. 第五部分心得体会 ..................................................................................

望远镜设计

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）

''45o 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）

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：

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

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。

（因为''''e o D f D f =出入） 7、总体结构

总尺寸59.821420101091.820111.8110L mm =-++++=+=≈

二、光学系统选型

根据设计技术要求与外形尺寸计算结果：

物镜：'/1:4D f =，28ω=，'120f mm =

目镜：'20f mm ='245.5ω=，5D mm =出，'8~10z l mm >

查阅相关光学手册，可知双胶合物镜与凯涅尔目镜满足设计任务要求。相关的结构特点，像差特性和光学性能如下：

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（可用正弦差代替）

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。

双胶合望远物镜(图1)的特点是结构简单，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。

凯涅尔目镜（图2）是在冉斯登目镜基础上发展起来的，它把接目镜改成了双胶镜。增加一个胶合面变数用来校正倍率色差，且在校正倍率色差的同时可以把场镜和接目镜的间隔进一步减小，从而取得结构缩短，场曲减小的效果。凯涅尔目镜的成像质量优于冉斯登目镜，它能适用的视场也大于冉斯登目镜。 凯涅尔目镜的光学性能是：视场240~50ω=，相对镜目距''/1/2p f =。

第二部分：PW 法求初始结构参数（双胶合物镜设计）

PW 法理论见前文介绍。 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''' 1.4089('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