几类典型的目镜系统设计

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1、中北大学课程设计说明书学生姓名：褚文博学号：1105024219学院：信息与通信工程学院专业：光信息科学与技术题目：几类典型的目镜系统设计指导教师：陈友华职称:讲师引言目镜是目视光学系统的重要组成部分。被视察的物体通过望远镜和显微物镜成像在目镜的物方焦平面处，经目镜系统放大后将其成像在无穷远处，供人眼观察。从目镜的光学特性来讲，具有以下特点：（1）焦距短。一般目镜的焦距在15mm-30mm左右，和一般望远镜比起来，焦距短是它的一个特点。（2）相对孔径比较小。由于目镜的出射光束直接进入人眼的瞳孔，人眼瞳孔的直径一般在2mm-4mm左右变化，因此大多数实验室仪器出瞳直径一

2、般在2mm左右，目镜焦距常用的范围为15mm-30mm，故目镜的相对孔径一般小于1/5.（3）视场角大。通常在左右，广角目镜的视场在左右。（4）入瞳和出瞳远离透镜组目镜设计原则：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

3、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像光是的情况符合。本设计采用第一种方法。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。引言2第一章设计原理41.1目镜设计结构与原理4（1）惠更斯目镜结构与原理4（1）冉斯登目镜结构与原理4（3）凯尔纳目镜结构与原理5（4）对称式目镜结构与原理

4、51.2缩放法6第二章目镜设计62.1原始数据分析62.2惠更斯目镜设计62.3冉斯登目镜设计122.4凯尔纳目镜设计172.5对称式目镜设计23第三章学习心得体会28参考文献29第一章设计原理1.1目镜设计结构与原理（1）惠更斯目镜结构与原理惠更斯（Huygoens)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，从目镜中观察到迭加在物象上的刻度。如下图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(2)冉斯登目镜结构与

5、原理冉斯登目镜，由两个焦距相等的平凸透镜组成，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（称为开尔纳目镜），则可校正垂轴色差。冉斯登目镜可当普通放大镜使用。如下图1.2所示，这就是所谓的冉斯登目镜。图1.2冉斯登目镜（3）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。结构如图1.3所示：图1.3凯尔纳目镜结构（4）对称式目镜结构与原理对称式目镜是一种中等视场的目镜，由

6、两个相互对称的双胶合透镜构成，应用广泛，并且与其他目镜相比较，垂轴色差和轴向色差都能校正的较好，象散和慧差也可以校正得很好，场曲也比较小。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。如下图1.4所示，这就是所谓的对称式目镜图1.4对称式目镜结构1.2缩放法缩放法步骤：1.物镜选型2.缩放焦距3.更换玻璃（1）保持色差不变更换玻璃（2）更换玻璃校正色差4.估算高级像差5.检查边界条件第二章目镜设计2.1原始数据分析本次课程在目镜设计过程中从一些专利文献和镜头手册中选出一些

7、光学特性与所设计的目镜尽可能接近的资料作为初始结构。根据各种类型目镜基本光学特性之间的关系，确定所以选型是否合适，这关系到整个显微物镜设计的成败。本次课设要求的参数为入瞳直径：4mm；半视场角25°；畸变小于10%；本次课设所选定的初始结构及各参数查自《光学设计手册》2.2惠更斯目镜设计(1)数据分析将数据输入ZEMAX，如图2.1.1所示：图2.1.1惠更斯目镜初始结构参数点击工具栏中Lay图标，出现优化前物镜系统平面剖面组，结构基本满足设计结构要求，没有出现设计结构的变形和不合理现象。如图2.1.2所示：图2.1.2惠更斯目镜初始结构(2)初始结