修正 望远镜设计计算指导
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《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)