光学课程设计报告姓名：罗风光学号：U201013534班级：光电1005一、课程设计要求 (3)二、设计步骤 (3)1. 外形尺寸计算 (3)2. 选型 (5)3. 物镜设计 (5)（1）初始结构计算 (5)i. 求h、hz、J (5)ii. 平板的像差 (5)iii. 物镜像差要求 (6)⏹求P、W (6)⏹归一化处理 (6)⏹选玻璃 (7)⏹求Q (7)⏹求归一化条件下透镜各面的曲率及曲率半径 (7)⏹玻璃厚度 (8)（2）像差容限计算 (8)（3）像差校正 (9)（4）物镜像差曲线 (11)4. 目镜设计 (12)（1）初始结构计算 (12)i. 确定接眼镜结构 (12)ii. 确定场镜结构 (14)（2）像差容限计算 (15)（3）像差校正 (16)三、光瞳衔接 (19)四、像差评价 (20)五、总体评价 (20)六、零件图、系统图 (20)七、设计体会 (23)八、参考资料 (24)一、 课程设计要求设计要求：双筒棱镜望远镜设计，采用普罗I 型棱镜转像。

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、l z ′>8～10mm二、 设计步骤1. 外形尺寸计算物镜焦距'14120f D mm =⨯= 出瞳直径'5D D mm ==Γ 目镜焦距''12120206f f mm ===Γ 分划板直径'21216.7824D f tg mm =ω= 分划板半径28.39122D =由设计要求：视场边缘允许50%的渐晕，可利用分划板拦去透镜下部25%的光，利用平板拦去透镜上部的25%的光，这样仅有透镜中间的50%的光能通过望远系统。

7.51208.39127.5120h a --=-根据要求，可取14a mm =。

解得：8.287h mm =等效平板厚度216.574D h mm ==所以棱镜展开的实际厚度：33.148L KD mm ==取33.5L mm = 因此，等效空气平板厚度33.522.11.5163L d mm n === _'1'1/2f c h D f -= 其中_c 为物镜到第一个棱镜前表面的最小距离。

代入数据，得：_8.28712015120c -= 解得：_53.7c mm =因为实际物镜到第一个棱镜前表面的距离c 满足：120259.8c a b d mm =---=其中b 为普罗I 型棱镜系统的两棱镜的距离，根据要求，取2b mm =由_c c >知，设计满足实际棱镜通光口径的限制。

由物方视场2ω=8 ，可得： 目镜通光口径'''312[()]222.084D D f f tg mm ω=++⨯= 分划板半径28.39122D = 又由：'64tg tg tg ω=Γω= ，可得：像方视场'245.5ω=2. 选型物镜：'/1:4D f =，28ω= ，'120f mm =目镜：'20f mm ='245.5ω= ，5D mm =，'8~10z l mm >查阅相关光学资料得，选择双胶合物镜和凯涅尔目镜。

3. 物镜设计（1） 初始结构计算i. 求h 、hz 、J 入瞳半径152D h mm == 第二近轴光线在入瞳的入射高度0z h =15'0.125120u == 拉赫不变量'''1518.3912 1.0489120J nuy n u y ===⨯⨯= ii. 平板的像差由条件：d=33.5 ν=64.1 u=0.125 u z =4 =0.0698rad 24310.006096IP n S d u n-=-=- 0.003404z IIP IP u S S u =⨯= ()2210.003667IP d n C u n ν-=-=-iii. 物镜像差要求物镜像差要与平板像差以前校正，因此物镜与平板相应的像差之和应为零： 0.006096I IP S S =-=0.003404II IIP S S =-=-0.003667I IP C C =-=⏹ 求P 、W由I S hP =，II z S h P JW JW =+=（h z =0） 得0.0004064I S P h== 0.0032453II S W J==- ⏹ 归一化处理()___30.20808PP h ϕ== ()___20.2077W W h ϕ==- ___20.001956I C C h ϕ== 又望远物镜物在无穷远，所以： ______P P ∞=______W W ∞=2___00.850.10.19822P P W ∞∞⎛⎫=-+= ⎪⎝⎭（冕牌玻璃在前）⏹ 选玻璃根据___0.001956C =与0P 的值查光学设计手册,可知BaK2-ZF2玻璃对在___0.001956C =时，P 0=0.2602，较为接近。

选择BaK2-ZF2玻璃对。

由光学仪器手册可查询到BaK2-ZF2玻璃对的详细信息： 00.2602P =，0 4.2085Q =-，00.0737W =-1 2.0311ϕ=， 2.4050A =， 1.7025K =1 1.5399n =，2 1.6725n =⏹ 求Q0Q Q ==-4.0479 0Q Q =__00W W Q Q K ∞-=+=-4.0432 Q= (-4.0479 -4.0432)/2= -4.0456⏹ 求归一化条件下透镜各面的曲率及曲率半径1111 1.58461n Q n ϕρ=+=- 21 2.1774Q ρϕ=+=-2132210.644211n Q n n ϕρ=+-=--- '11175.73f r mm ρ=='12255.11f r mm ρ==- '133186.28f r mm ρ==-玻璃厚度d 为中心厚度，t 为边缘厚度11x r =±22x r =33x r =±凸透镜：()121310D x x t -+==1.9258 凸透镜最小中心厚度为112d x t x =++=5.5068凹透镜：()232810D x x t +-== 4.1806 凹透镜最小中心厚度2223d t x x =-+= 2.7049（2） 像差容限计算根据瑞利判断准则，系统所产生的最大波像差由焦深决定。

令其小于或等于14波长，即可得到边光球差的容限公式为：'''24m mL n u λδ≤ 对边光校正好球差后，0.707带的光线具有最大的剩余球差。

即'0m L δ=时的带光球差容限为'0.707''260.2262mL mm n u λδ≤=实际上，边光球差未必正好校正到零，需控制在焦深范围内。

固此时边光球差的容限为1倍焦深。

即：'''20.0377m m L mm n u λδ≤=类似与球差，其它像差容限为： 位置色差：'''20.0377FC m L mm n u λ∆≤=正弦差：0.0025SC ≤弧矢彗差：'0.02S K SC y mm =⋅≤（3） 像差校正上机进行像差校正之后，并参照光学器件设计手册，采用标准化半径之后参数得到的像差为1.初始参数物距 半视场角(°) 入瞳半径0 4 15系统面数 色光数 实际入瞳 上光渐晕 下光渐晕7 3 0 1 -1理想面焦距 理想面距离0 0面序号 半径 厚度 玻璃STO 81.8500 5.507 12 -53.0900 2.705 BAK23 -157.0400 56.000 ZF24 0.0000 33.500 15 0.0000 2.000 K96 0.0000 33.500 17 0.0000 14.502 K9☆定义了下列玻璃:BAK2 1.5399 1.546276 1.537226ZF2 1.6725 1.687472 1.666602K9 1.5163 1.521955 1.513895-------计算结果--------1.高斯参数有效焦距(f') 后截距(L') 前截距(L) 像距(l')120.33661 14.50241 -118.72772 14.50241入瞳距离(lz) 出瞳距离(lz') 近轴像高(y') 放大率(?)0.00000 -107.46478 8.41476 0.00000入瞳直径(D) 出瞳直径(D') 拉赫不变量(J) 像方孔径角(U')30.00000 30.40651 -0.31467 0.124652.像差***零视场像差***1H 0.85H 0.707H 0.5H 0.3H 0H球差 'L δ -0.0357 -0.0694 -0.0704 -0.0470 -0.0195 0.0000 弥散园 'R L δ -0.0045 -0.0074 -0.0062 -0.0029 -0.0007 0.0000F 光球差 'F L δ0.0925 0.0157 -0.0177 -0.0286 -0.0220 -0.0139C 光球差 C L δ -0.0168 -0.0347 -0.0240 0.0119 0.0470 0.0707轴向色差 'FC L 0.1092 0.0505 0.0063 -0.0405 -0.0690 -0.0846***D 光各视场像差***相对视场 Lz1 Lz2 Yz' Xt' Xs' Xts'1 0.0000 -107.3986 -8.4093 -0.8494 -0.4218 -0.4276.85 0.0000 -107.4170 -7.1492 -0.6151 -0.3052 -0.3098.7071 0.0000 -107.4317 -5.9482 -0.4264 -0.2115 -0.2149.5 0.0000 -107.4483 -4.2067 -0.2136 -0.1059 -0.1077.3 0.0000 -107.4589 -2.5243 -0.0770 -0.0381 -0.0389（4） 物镜像差曲线4. 目镜设计 （1） 初始结构计算目镜为放大系统，需反向设计i. 确定接眼镜结构接眼镜的焦距''2121.224f f mm == 接眼镜的初级像差满足：_______0II z S h P J W ∞∞=⋅+=_______2220III Z z S h P Jh W J ∞∞=⋅++= 2_____00.850.15P P W ∞∞⎛⎫=++ ⎪⎝⎭联立以上三式,得：__z h =___W ∞=-8~10z l mm >，取10z l mm =-，可得：__'210.415zz l l f ==-______0.415z z z h l u =⋅=代入__z h ，___W ∞的方程，可解得：00.929P = ___ 2.5243W ∞=-___00 1.67W W Q Q ∞-=+带入数据，得：2.6164Q =又：___0II z C h h C =⋅⋅Φ⋅= 所以：0I C =可知：43F ZK -玻璃对满足要求。