对称式目镜 光学设计

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1、工程光学课程设计报告题目F30mm对称式目镜设计班级：作者：学号：成绩：指导教师：完成日期：目录摘要1第一章绪论21.1目镜21.2目镜设计原则31.3目镜设计要求4第二章对称式目镜设计52.1确定初始结构52.2焦距缩放62.3优化前结构与图像分析72.3.1透镜输出72.3.2像质评价报告7第三章对称式目镜优化103.1曲率半径优化103.2Thickness优化113.3优化后分析总结13第四章心得体会14第五章参考文献15I南通大学课程设计论文摘要随着科学技术的发展，光学仪器已普遍应用在社会的各个领域。光学仪器的核心部分是光学系统，光学系

2、统成像质量的好坏决定着光学仪器整体质量的好坏，一个高质量的的成像光学系统是要靠好的光学设计去完成。因此说，光学设计是实现各种光学仪器的基础。光学系统设计指的是根据仪器所提出的使用要求，来决定满足各种使用要求的数据，即设计出光学系统的性能参数、外形尺寸和光组的结构等。本次课程设计将已有的目镜的结构形式作为初始结构，主要任务集中在用电子计算机，按优化理论和统计理论对光学系统进行像差校正，得到理想的对称式目镜。关键词：光学设计像差校正对称式目镜11南通大学课程设计论文第一章绪论1.1目镜目镜，用来观察前方光学系统所成图像的目视光学器件，是望远镜、显微镜

3、等目视光学仪器的组成部分。为消像差，目镜通常由若干个透镜组合而成，具有较大的视场和视角放大率。在望远镜和显微镜中，目前常用的目镜有惠更斯目镜、冉斯登目镜、凯尔纳目镜、对称式目镜等。惠更斯目镜结构与原理：惠更斯目镜是由两片未经过色差校正的凸透镜组成；靠近眼睛的一片称为目透镜，起放大作用；另一片称为场透镜，它的作用使映像亮度均匀。在两块透镜之间的目透镜焦平面放一光栏，把显微刻度尺放在此光栏上，从目镜中观察到叠加在物象上的刻度。如图1.1所示，这就是所谓的惠更斯目镜。图1.1惠更斯目镜结构冉斯登目镜结构与原理：冉斯登目镜，由两个焦距相等的平凸透镜组成，

4、两个凸面相对，两者的间距d等于焦距的2／3。冉斯登目镜的球差、轴向色差和畸变等均小于惠更斯目镜，但垂轴色差较大。若用消色差胶合透镜代替接目镜（称为凯尔纳目镜），则可校正垂轴色差。冉斯登目镜可当普通放大镜使用。如图1.2所示，这就是所谓的冉斯登目镜。图1.2冉斯登目镜结构凯尔纳目镜结构与原理：凯尔纳目镜，以字母K表示，是冉斯登目镜的改进型，消除了冉斯登目镜的色差，这种目镜，视场大，常用在低倍率观测上，如彗星或大面积的天体。如图1.3所示，这就是所谓的凯尔纳目镜。11南通大学课程设计论文图1.3凯尔纳目镜结构对称式目镜结构与原理：由两个双胶合透镜组成

5、，是目前应用很广的一种中等视场目镜。对称式目镜的特点是垂轴色差和轴向色差都能得到很好的矫正，出瞳距离较大，视场大约为40°。并且与其他目镜相比较，对称式目镜具有较小的场曲，是中等视场的目镜中像质较好的一种，出瞳距离也比较大，有利于缩小整个仪器的体积和重量，因此在一些中等倍率和出瞳距离要求较大的望远系统中使用的很多。如图1.4所示，这就是所谓的对称式目镜。图1-4对称式目镜1.2目镜设计原则11南通大学课程设计论文在设计目镜时，通常按反向光路计算像差，即假定物平面位于无限远，目镜对无限远目标成像，在目标的焦面上衡量系统的像差。至于目镜的光瞳位置，可

6、以按两种方式给出。第一种方式是把实际系统的出瞳作为反向光路时目镜的入瞳，给出入瞳距离p，入瞳直径D等于系统要求的出瞳直径。在目镜像差校正的过程中，要求保证边缘视场的主光线通过正向光路时物镜的出瞳中心（即正向光路目镜的入瞳中心）。其他视场的主光线，由于存在光阑球差并不通过同一点，这样计算出来的像差和实际成像光束的像差虽完全不同，但一般较小，可以忽略。第二种方式是如果像差计算程序能够在给出实际光阑后自动求出入瞳位置，并用调整主光线位置的方法，保证不同视场的主光线通过实际光阑的中心。这样可以把正向光路时物镜的出瞳作为实际光阑给出，计算出来的像差和实际成

7、像光是的情况符合。出瞳直径:就是影像通过望远镜在目镜后形成的光斑大小出瞳距离:是指能看清整个视场时眼睛离目镜的最远距离。1.3ZEMAX软件简介ZEMAX是一套综合性的光学设计仿真软件，它将实际光学系统的设计概念、优化、分析、公差以及报表整合在一起。ZEMAX不只是透镜设计软件而已，更是全功能的光学设计分析软件，具有直观、功能强大、灵活、快速、容易使用等优点，与其它软件不同的是ZEMAX的CAD转文件程序都是双向的，如IGES、STEP、SAT等格式都可转入及转出。而且ZEMAX可仿真Sequential和Non-Sequential的成像系统和

8、非成像系统。ZEMAX光学设计程序是一个完整的光学设计软件，是将实际光学系统的设计概念，优化，分析，公差以及报表集成在一起的一套综合性的