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1、拥北Z彳即眈HUBEI ENGINEERING UNIVERSITY课程设计报告（2014- 2015年度第2学期）题目：院系：姓名：隹乐学 号:013301254141专业：指导老师：彳2015年6月12日一、设计任务及要求设计任务：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r= 7倍；2、物镜的相对孔径D/f = 1 ： 4 （D为入瞳直径，D= 35mm ;3、望远镜的视场角2二80；4、仪器总长度在120mm左右，视场边缘允许50%勺渐晕；5、棱镜最后一面到分划板的距离A14mm棱镜采用K9玻璃，两
2、棱镜间隔为2 5mm6 lz =8-10mm2015年3月28日二、指导教师评语指导教师签名：年 月日三、成绩目录-、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-、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r = 7倍；2、物镜的相对孔径D/f= 1： 4 (D为入瞳直径，D= 35mm ；3、望远镜的视场角2= 8；4、仪器总长度在120mn左右，视场边缘允许50%勺渐晕；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
3、25mm6 lz 8 10mm二、外形尺寸计算已知望远镜为参数：r = 7 , D/f = 1: 4, D= 35mm 2 = 8, L=120mm视场边缘允许50%勺渐晕；棱镜最后一面到分划板的距离=14mm1 .求 f; , f2fi = L 4 = 140mmf2 二/二 20mm2 .求出瞳DDDL=5mm3 .求视场Dl =2 fi tan4=19.5795mm4 .求 2otan，=】tan = 2 =52.16、5 .计算棱镜由棱镜几何关系知K=L/D=2该望远系统采用普罗I型棱镜转像，将普罗I型展开，等效为两块平板，如下图:设棱镜高h,8.759.7897140h -8.759
4、.7897 -8.75140皿-二44 二 h= 9.6857mmD=2h=19.3715mmL=2D=38.74mm取 L=39mmL39因此，等效空气平板厚度h=25.7mmn 1.51636 .计算目镜到棱镜距离设物镜与棱镜的距离为 t则d需满足富诂=d = 65.6 mm实际物镜到第一个棱镜前表面的距离 d，满足：d = 140 -a - b -2h = 72.6mm其中a为第二块平板的后表面到分划板的距离，根据要求，可取a =14mm。其中b为普罗I型棱镜系统的两棱镜的距离，根据要求，取b = 2mm求得极限距离为65.6mm，小于此距离时候棱镜档光，实际68是可以的设计满足实际棱镜
5、 通光口径的限制。7求目镜口径D目D 目=（f； f2）tg D 2 =24.87mm ： 25mm 4&设计结构63mmlOnim=0.02总尺寸L=10 68 -2 14 20 10=120mm三、相差容限计算和选型1 .象差容限(1)物镜像差容限球差10H 球差容限：Lm0X 二 士）；0,代入数据得:为=2.441831 mm x2 =4.699092 mmx3= -0.220973 mm凸透镜的边缘最小厚度%的计算:t叫乂网娼心2.！ 56564mm10凹透镜的边缘最小厚度t2的计算:8科7封-53580910求第一块透镜的中心厚度由：d1=t2x2 x1= 3.048543 mm求
6、第二块透镜的中心厚度d2：cL =花 +t + X2 =7.076692mm2、目镜计算(1)选取凯涅耳物镜出瞳 D =5mm , f=20mm , 2 1 =52.16 , lz=10mm(2)求结构参数接目镜f眼二1.2f目二24mm由物镜出瞳与目镜入瞳相对于物镜成共轨关系可得Izi =-10mm，f 眼=24mmL_L- I=17.2mm Z1,Z1 f 眼lz2=Ld = 35.2mm,其中 d 取 18mm 可取 lZ2=-42mmIz2 =140 5 =145mm1 11r；=lz2 L f 场匚=32.57mm又由光焦度与透镜曲率半径的关系：其中：,22 n =1.51635 二
7、 01解得：口 16.82mm由于场镜对像差没有影响，固接眼镜的初级像差满足:：Su -hzP JW =02 秋j2S川二 hzP 2JhzW J =0又：pA = po+0.85 WA+0.15联立以上三式，得：_0.4hzZl-=JR犷一 26,可由设计要求：lz.8 10mm，取lz=-10mm，可得：Ilz z- = _0.415h2 =i2 uz = 0.415代入hz, W 一的方程，可解得：Fo =0.929 VV=-2.5243又Q满足： 2W W。1.67带入数据，得：Q =2.6164又：C” 二 h hz ：C =0所以：Ci =0查找光学设计手册，可知：BK6-ZF3玻
8、璃对满足要求。由此可得各曲率半径及厚度（计算方法及公式同物 镜）：A = 58.09mmr2=14.29mmr3-16.19mmr4= 16.82 mm d= 1.5mmd?=4.5mm五、像差数据和曲线(1)、物镜像差数据1 .初始参数物距半视场角(0417.5系统面数色光数) 入瞳半径实际入瞳上光渐晕下光渐晕73理想面焦距0理想面距离1 -1SurfrTypeiCommentRadiusThicknessGlassOBJStandardInfinityInfinitySTOStandard92.336838V3.000000K32Standard53,993337V7.000000EF53
9、Standard-144.377857Ves.oooooo4StandardInfinity35,000000R35StandardInfinityZe000000EStandardInfinity35.000000K3StandardInfinity23.433323MIHAStandardInfinity,FIELD CUF? RTUF： EDI： STDF： TIQirLAiOUT . 厂 I . I .B u Ixl 1_二 I 7： 一 一 rixCOIIPIGUFATIOItiDFlTS1.3K0 DECTS 0.0000 DEGT： u.&Cw 彳固F DL . CHF： pil
10、RTI： C HUE HTFTlrE TUI I IDZP1&DhtTAPDF： CTO 0 - oSoO ”血SURFAC E : XIIAGEEM KI l_曰 I:一 一 I 4X coiiF=IGURATiriH 1 np 1u.uu2U.0UHD.uuSPhTI： RL PREuLE-I iCf TH CifLES FEF： HILLIHETEF：IIILLII1ETEFC-uuluuul uuUuuuuPEFCEl ITFIELD CURVATURE 1 DIC TOFTIOIITJE TUI I Io 30IE inIUUH FTEUD IS I ZPO DEGP.E-E3IJA
11、IELEI 1GTH3:0 Ht： o 0. S&7D -So BM Ixl EI7：二二 I1X COIIPIGUFATIOH i DF 1,IIFfRTf TIIRQKT：DR： o oro MlBR； 1H& UICK b： POC PK DMU 乙八17 HMC-POT DIAGRAMTUE Jim Io 201SU川TS ARE 迫.FIELD13FitM. PViTIIS :GEO PAOILG :Ei.31783.73581.732F M I xl 二 M I IKvCfiLE PRE3DPF： EFEF： EHCE : CHIEF Ffi CCOUFICURATZOn 1OF
12、1 |FIELD CUF? RTUF： EDI： STDF： TIQir计算结果1 .图斯参数有效焦距后截距(L)前截距(L)像距(I)140.174114.37867-118.81267 14.37867入瞳距离(lz)出瞳距离(lz)近轴像高(y)放大率(_)0.00000-106.85559 8.392430.00000入瞳直径(D)出瞳直径(D)拉赫不变量(J)像方孔径角(U)0.12498 2.像差30.0000030.30417-0.31467*零视场像差*0.3H 0H 球差-0.0172 弥散圆-0.0006F光球差-0.0204C光球差 0.0492 轴向色差1H、上0.00
13、00、LR0.0000:LF-0.0140LC0.07030.85H-0.0331-0.00420.0859-0.01150.707H-0.0619-0.00660.0170-0.02560.5H-0.0624-0.0055-0.0138-0.0150-0.0415-0.0026-0.02510.0176LFCf-0.0696 -0.08430.09740.04260.0012-0.0427*D光各视场像差*相对视场 Lz1 Lz2 Yz Xf XsXts0.0000-106.7882 -8.3871 -0.8556 -0.4234 -0.4322.85 0.0000-106.8069 -7.
14、1303 -0.6195 -0.3064-0.3131.70710.0000-106.8219-5.9324 -0.4295 -0.2123 -0.2172.50.0000-106.8388 -4.1956 -0.2152 -0.1063 -0.1089.30.0000-106.8496 -2.5176 -0.0776 -0.0383 -0.0393Yz、YzF YzC :yFC LT LS0.00530.01690.0002 0.0167-0.0340-0.0355.850.0033-0.03480.0131-0.0010 0.0142-0.0337.7071 0.00190.0101-0.
15、0017 0.0118-0.0335-0.0343.50.0007 0.0065 -0.0019 0.0083-0.0333-0.03370.02728 0.00000-0.0333KT1.0H KT.7HKT.3H KSLOH KS707HKS. 3H10.05410.0235 0.00380.0167 0.00760.0013.85 0.04610.00110.02010.0032 0.0141 0.0065.7071 0.03840.01670.0027 0.0117 0.00540.0009.50.02720.0119 0.0019 0.0082 0.00380.00060.0004高
16、级像差.30.0163Ls n 、LTy0.0071 0.0011KTs nh0.0049 0.0023KTs ny-0.04588 -0.00084-0.003510.00014Xtsn XssnLFCyFCsn-0.00169 -0.000550.181680.00000垂轴像差没有考虑实际渐晕系数（即认为渐晕系数都为1 ）-子午垂轴像差（.yt）（像面位移：。）1.0H0.85H0.7071 H 0.5H0.3H 0H-0.05921-0.06299-0.05881-0.04576-0.02927 0.00000.85-0.03692 -0.04264-0.04096-0.03235-0
17、.02083 0.00000.7071-0.02032 -0.02718-0.02721-0.02185-0.01415 0.00000.5-0.00424 -0.01154-0.01288-0.01059-0.00684 0.00000.30.00234 -0.00401 -0.00533 -0.00414-0.00241 0.000000-0.00418 -0.00663 -0.00555 -0.00260 -0.00065 0.00000-1.0H-0.85H-0.7071 H -0.5H-0.3H-0H10.167420.13536 0.105900.067720.036840.000
18、00.850.129090.104310.081090.05107.70710.097120.078570.060660.037470.019530.00000.50.05865 0.047960.03659 0.021660.010650.00000.30.03033 0.025890.01958 0.010800.004710.000000.004180.006630.005550.002600.000650.00000一一子午光线对弥散圆直径士 0.5H士 1.0H 士 0.85H士0.7071 H士 0.3H 士 0H10.226630.198350.164710.113480.066
19、11 0.00000.850.166020.146950.122050.083420.048110.00000.70710.117440.105750.08786 0.059320.033680.00000.50.06289 0.059490.04947 0.032260.017480.00000.30.02799 0.029890.024910.014940.007120.000000.008370.013250.011100.00521-弧矢垂轴像差分量（；Ys: Zs）1.0H0.85H0.7071 H0.5H0.3H10.01667 -0.058180.01148 -0.052340.
20、00765 -0.043440.00367 -0.029290.00129-0.01661.850.01410 -0.043210.00971 -0.039660.00647 -0.032930.00310 -0.021890.00109-0.01219.70710.01169 -0.031190.00804 -0.029490.00536 -0.024510.00257 -0.015950.00090-0.00863.50.00823 -0.017690.00566 -0.018060.00377 -0.015030.00181 -0.009280.00063-0.00464.30.0049
21、2 -0.009050.00339 -0.010740.00226 -0.008960.00108 -0.005010.00038-0.0020800.00000 -0.004180.00000 -0.00663(2)、目镜像差数据和曲线像差数据:1.初始参数物距半视场角( )入瞳半径022.752.5系统面数色光数实际入瞳上光渐晕下光渐晕3理想面焦距-100.5-0.5理想面距离11v AV/- TTfT/Riif(jSurf z TypeCcnnentJladiusThicknes?GlassOEJStandardInfinityInfinitySTCStandardInfinity10.
22、0000002Standard58.09C0001.500000EK3Standard14.Z900004.EOOOOD2F34Standard-16.19000017.0000005Standard16.8ZC00D3,000000H-K9LStandardInfinity-4.432274MIMAStandardInfinity,QKT： D-CCW KGD6J： D.3WD DKiO.吕 Q dO二 sEc3：2彳螂场像差*DR: o oroDR： Qg VImOBr： O.HDOO ECWV P-11BIM.0 00SPRTIWL 匚 REpijGIICr II IC. cles F
23、EF： IIILLII JETERF CL f 匚 HF?I IRTI 匚 MOE IITFHE： DTUI I IT 301SQF*TA FQP Q H8ol TO p oSc-3 g SURFACE ； Zl IAGELEI IS. Zl IX.COI IPIGURATTuir 1 UF 1二 5 口 OQMHE： IHASPOT DI： AGF： Al 1EO J JI 17 30IS HfITS AFS na.FIELD1f3F- p Piniii l -B&.Hc-U88.SOH8bo3HGEO P30ILC-PH.SE-P2CC.55-sc ALE-讯 EQDPFEFEFEHCE
24、: CHIEF FA/LEI IS. Zl IX.COIIPZGURATIUH 1 DP 1TS 0 ,000 DEG1L. U LR fCUTA.EAli二|_E2.Z.r 1.Cut IPIL-iURATrulf 1 OF 1计算结果1 .图斯参数有效焦距(f)后截距(L)前截距(L)像距(I)19.621582.49478-6.742432.49478入瞳距离(Iz)出瞳距离(居)近轴像高(y)放大率(_)-10.00000入瞳直径(D)120.682838.228010.00000出瞳直径(。)拉赫不变量(J)像方孔径角(U)5.00000-30.11686-0.314500.1274
25、11H 0.85H0.707H 0.5H0.3H OH球差、L-0.3095 - -0.2225 -0.1534 - -0.0764-0.02740.0000弥散园、_LR-0.0397-0.0242 -0.0139-0.0049-0.00100.0000F光球差:LF-0.3129-0.2268-0.1583-0.0820-0.0335-0.0063C光球差-0.2975-0.2102-0.1409-0.0636-0.01460.0129轴向色差LFC-0.0154-0.0165-0.0174-0.0183-0.0189 -0.0192相对视场Lz1l7?YzXtXsXts1 -10.000
26、057.2223-7.9847 0.3537 -1.15611.5098.85-10.0000 67.20660.9119-6.8146 0.0724 -0.8395.7071 -10.0000 77.8940 -5.7024 -0.0122 -0.5839 0.5717.5-10.0000 94.6861 -4.0684 -0.0289 -0.29400.2650.3-10.0000 109.8206 -2.4579 -0.0142 -0.10640.0922、YZ 、.YzF10.2433、YzC、yFC、LT0.2470 0.2377、LS，0.0093 0.38470.0006-0.3
27、082.850.17920.1882 0.17240.0158 -0.0522-0.3116.7071 0.11570.1264 0.1089 0.0175 -0.2038-0.3120.50.04560.05540.04000.0153-0.2802-0.3112.30.01050.01710.00690.0102-0.3024-0.3102KT1.0HKT.7HKT. 3HKSM.OHKS707HKS. 3H1-0.0931-0.0355-0.00510.00110.00080.0002.85-0.0212-0.0066 -0.0007 0.00610.00310.0006.7071 0.
28、00390.0035 0.0008 0.00710.0035-0.00063 0.000000.0005.30.0101 0.00510.0009 0.0038 0.00190.0003高级像差0.02454 0.00000、L sn:LT y KTs nh KT sny0.00137 0.694180.011110.06979Xts n Xss n 、LFC .yFCsn0.01092（像面位移：0 ）-0.18903 -0.005840.00380-子午垂轴像差（、：丫。1.0H0.85H0.7071 H 0.5H0.3H 0H1 -0.01314 0.00322 0.00299 0.00
29、7340.007220.00000.85-0.01891 -0.00971 -0.00396 0.000400.001490.00000.7071-0.02178 -0.01233 -0.00641 -0.00182-0.00030 0.00000.5-0.02545 -0.01475 -0.00799 -0.00264-0.00074 0.00000,3-0.03003-0.01759 -0.00958-0.003050-0.03971 -0.02422 -0.01387 -0.00487-0.00105 0.00000-1.0H-0.85H-0.7071 H -0.5H-0.3H -OH-
30、0.17315 -0.11263-0.07392-0.03814-0.01733 0.00000.85-0.02352 -0.01432-0.00932-0.00532-0.00289 0.00000.70710.02964 0.020600.013460.006030.001960.00000.50.051220.033970.021590.009600.003280.00000.30.05027 0.032300.019800.008180.002480.000000.039710.024220.013870.004870.001050.00000子午光线对弥散圆直径 1.0H 0.85H
31、0.7071 H士 0.5H士 0.3H士 0H0.160010.109410.076910.04548.850.004610.00460 0.005360.005720.004390.00000.70710.051420.032930.019870.007850.002270.00000.50.076670.048730.029580.012240.004010.00000.30.08030 0.049900.003110.0000000.07943 0.048440.02938 0.011230.02774 0.009750.00210 0.00000-弧矢垂轴像差分量（；YsZs，）1.
32、0H0.85H0.7071 H0.5H0.310.00115 -0.175740.00102 -0.140520.00080 -0.111030.00045 -0.073870.00017-0.04255.850.00609 -0.141220.00443 -0.110820.00307 -0.086100.00154 -0.056080.00056-0.03182.70710.00712 -0.11163 0.00510 -0.085500.00351 -0.064930.00174 -0.041030.00062 -0.02276.50.00600 -0.076590.00428 -0.055600.00293 -0.039990.00145 -0.023360.00052-0.01214.30.00382 -0.053200.00271 -0.035690.00185 -0.023410.00091 -0.011620.00033-0.0051000.00000 -0.039710.00000 -0.024220.00000 -0.013870.00000 -0.004870.00000-0.00105六、像质评价和光瞳衔接像质评价：调试中对物镜的球差、正弦差和倍率色差等轴上色差进行了校正。三种像差均调到了所要求的像差容限之内，球