内调焦望远物镜的设计

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内调焦望远物镜的设计

内调焦望远物镜的设计

电气工程学院课程设计说明书设计题目:内调焦望远物镜的设计系别:工业自动化仪表年级专业: xx级仪表x班学号: xxxxxxxxxxx学生姓名: xxxxx指导教师:童凯朱丹丹教师职称:副教授讲师电气工程学院《课程设计》任务书课程名称:光学仪器基础课程设计2、学生那份任务书要求装订到课程设计报告前面。

电气工程学院教务科目录第一章摘要 (4)第二章设计原理 (4)2.1内调焦望远镜的外形尺寸计算 (4)2.2双胶合物镜 (5)第三章初始结构参数的计算 (6)3.1 结构类型的选择 (6)3.2 前组双胶合透镜的参数和像差求解 (6)3.3 后镜组的初始参数求解 (8)第四章使用ZEMAX软件优化 (10)第五章总结 (13)参考文献 (14)第一章 摘要本文中介绍了一种内调焦望远物镜的设计。

根据要求的数据求出设计的初始结构参数,焦距mm f 215'=,前镜组相对孔径是1:4.1,后镜组相对孔径为1:3.3.并用ZEMAX 软件仿真,校正球差、慧差和轴向色差。

但是由于误差的绝对存在,使的不可能达到非常理想的地步,只能是误差在允许的范围内。

第二章 设计原理2.1内调焦望远镜的外形尺寸计算所谓内调焦望远物镜,是指物镜内部有一个负的调焦镜组构成的复合物镜,利用负镜组对远近不同的物体进行调焦能使想始终位于一个固定的位置上,故把这个起内调焦作用的负镜组称为调焦镜。

由于调焦镜在镜筒内部,调焦时不改变筒长,所以称为内调焦望远镜,与外调焦望远镜相比,它具有筒长短、封密性好的优点,因此广泛用于大地测量仪器中。

负镜组可将主面提前,使筒长显著减小。

其缩小比为 'f L m =()1-1焦距等效距离。

是筒长;式中,'f L 在望远镜做测距用时,测距方程为s c Kl s += ()2-1 式中,s 是被测距离;l 是读轮的读数,一般去K=100;s c 是常数。

用望远镜测距时,用满足准距条件时, 0211='+'+-f f d L δδ 0=s c().20~152mm L+=δδ一般取是前组到转轴的距离,式中,。

望远物镜设计

望远物镜设计
50/ 1 ;150/ 1 ;300/1 ;1000/ 1
f
/
D f

34 6
10
望远镜物镜的结构型式
(2)双-单
视场为2ω<5°; 相对孔径 D 为 1 ~ 1 ;
f 3 2
透镜口径D≤100mm
望远镜物镜的结构型式
(3)单-双
视场为2ω<5°;
相对孔径 D 为 1
f 3

1 2.5
;
透镜口径D≤100mm
r1=153.1 r2=-112.93 r3=-361.68
6 K9 4 ZF1
r
d
nD
1
153.10
6 1.5163
-112.93
4 1.6475
-361.68 50
1
0.00
150 1 1.521955 1.661196
1 1.521955
1
nC
1 1.513895 1.642076
反射式望远镜物镜的结构型式
对于反射面,通常都是利用等光程的 条件:
抛物面:到一条直线和一个定点的距离相等的点的轨 迹,是以该点为焦点,该直线为准线的抛物面。对 焦点和无限远轴上点符合等光程。
常用两镜系统
(1)经典卡塞格林系统
主镜为凹的抛物面, 副镜为凸的双曲面, 抛物面的焦点和双曲 面的的虚焦点重合, 经双曲面后成像在其 实焦点处。卡塞格林 系统的长度较短,主 镜和副镜的场曲符号 相反,有利于扩大视 场。
h 0.08; (h)2 0.0064 ; (h)3 0.000512
P P 0.00005 0.098
(h )3 0.000512
W W 0.00057 0.089

光学课程设计望远镜系统结构设计

光学课程设计望远镜系统结构设计

光学课程设计——望远镜系统结构设计姓名:学号:班级:指导老师:一、设计题目:光学课程设计二、设计目的:运用应用光学知识,了解望远镜工作原理的基础上,完成望远镜的外形尺寸、物镜组、目镜组及转像系统的简易或原理设计。

了解光学设计中的PW法基本原理。

三、设计原理:光学望远镜是最常用的助视光学仪器,常被组合在其它光学仪器中。

为了观察远处的物体,所用的光学仪器就是望远镜,望远镜的光学系统简称望远系统. 望远镜是一种用于观察远距离物体的目视光学仪器,能把远物很小的张角按一定倍率放大,使之在像空间具有较大的张角,使本来无法用肉眼看清或分辨的物体变清晰可辨。

所以,望远镜是天文和地面观测中不可缺少的工具。

它是一种通过物镜和目镜使入射的平行光束仍保持平行射出的光学系统.其系统由物镜和目镜组成,当观察远处物体时,物镜的像方焦距和目镜的物方焦距重合,光学间距为零.在观察有限远的物体时,其光学间距是一个不为零的小数量,一般情况下,可以认为望远镜是由光学间距为零的物镜和目镜组成的无焦系统.常见望远镜按结构可简单分为伽利略望远镜,开普勒望远镜,和牛顿式望远镜。

常见的望远镜大多是开普勒结构,既目镜和物镜都是凸透镜(组),这种望远镜结构导致成像是倒立的,所以在中间还有正像系统。

物镜组(入瞳)目镜组视场光阑出瞳1'1ω2'2'ω3 'f物—f目'l z'3上图为开普勒式望远镜,折射式望远镜的一种。

物镜组也为凸透镜形式,但目镜组是凸透镜形式。

为了成正立的像,采用这种设计的某些折射式望远镜,特别是多数双筒望远镜在光路中增加了转像稜镜系统。

此外,几乎所有的折射式天文望远镜的光学系统为开普勒式。

伽利略望远镜是以会聚透镜作为物镜、发散透镜作为目镜的望远镜(会聚透镜的焦距要大于发散透镜的焦距),当远处的物体通远物镜(u>2f )在物镜后面成一个倒立缩小的实像,而这个象一个要让它成现在发散透镜(目镜)的后面即靠近眼睛这一边,当光线通过发散透镜时,人就能看到一个正立缩小的虚象。

望远物镜设计的特点

望远物镜设计的特点
定义两个与外形尺寸有关的参数
l2 f1'
2l2 r1
h2 h1
l2' l2
u2 u2'
r2
1
r1
其中,α表示次镜离第一焦点的距离,也决定了次镜的 遮光比,β表示次镜的放大倍数。主镜的焦距乘以β即为系 统的焦距,或主镜的F数乘以β的绝对值即为系统的F数。
两镜系统的最大优点是主镜的口径可能做得较大,远超 过透镜的极限尺寸,镀反射膜后,使用波段很宽,没有色差, 同时采用非球面后,有较大的消像差的能力。因此,两镜系 统结构比较简单,成像质量优良。但是,两镜系统也有一些 缺点,例如不容易得到较大成像质量优良的视场,次镜会引 起中心遮拦,有时遮拦比还较大,非球面与球面相比制造难 度加大。但现在非球面加工技术越来越成熟,因此在空间光 学系统中,两镜系统仍然是一个很好的选择。
50/ 1 ;150/ 1 ;300/1 ;1000/ 1
f
/
D f

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10
望远镜物镜的结构型式
(2)双-单
视场为2ω<5°; 相对孔径 D 为 1 ~ 1 ;
f 3 2
透镜口径D≤100mm
望远镜物镜的结构型式
(3)单-双
视场为2ω<5°;
相对孔径 D 为 1
f 3

1 2.5
;
透镜口径D≤100mm
r1=153.1 r2=-112.93 r3=-361.68
6 K9 4 ZF1
r
d
nD
1
153.10
6 1.5163
-112.93
4 1.6475
-361.68 50
1
0.00
150 1.5163

光学设计-第15章--望远镜物镜设计

光学设计-第15章--望远镜物镜设计

第十五章 望远镜物镜设计望远镜一般由物镜、目镜、棱镜或透镜式转像系统构成。

望远镜物镜的作用是将远方的物体成像在目镜上,经目镜放大后供人眼观察。

如图15-1所示。

图15-1 望远镜系统§1 望远镜物镜的光学特性一 望远镜物镜的光学特性参数望远镜物镜的光学特性由焦距、相对孔径、视场等参数表示。

1 焦距望远镜物镜的焦距/物f 等于目镜焦距/目f 与望远镜倍率的乘积,因而,一般望远镜的倍率越高,物镜的焦距越长。

高倍望远镜物镜焦距可达到一米左右,天文望远镜物镜焦距可达到数米。

望远镜物镜的焦距大多在mm 500~100之间。

2 相对孔径在望远系统中,入射的平行光束经过系统后仍然为平行光束,因此物镜的相对孔径/物f D 与目镜的相对孔径/目f D /是相等的。

目镜的相对孔径主要由出射光瞳直径/D 和出射光瞳距离/p l 决定,目镜的出射光瞳直径一般为mm 4左右,出射光瞳距离/p l 一般要求mm 20。

为保证出射光瞳距离,目镜的焦距/目f 一般大于或等于mm 25,这样,目镜的相对孔径约为71~41。

所以,物镜的相对孔径不大,一般小于51。

但当物镜的焦距很长时,物镜的光瞳口径却可以很大,如天文望远镜中有口径为几米的物镜。

3 视场望远镜物镜的视场ω2与目镜的视场/2ω以及系统的视放大率Γ之间有如下关系:ωωtg tg ⋅Γ=/目镜视场因受结构限制,目前/2ω大多在070以下,这就限制了物镜的视场不会很大,一般在012以下。

二 望远镜物镜像差校正要求由于望远镜物镜的相对孔径和视场都不大,同时允许视场边缘成像质量适当降低,因此它的结构型式比较简单,故望远镜物镜要求主要校正球差、慧差、轴向色差,而不校正对应于像高/y 二次方的各种单色像差(像散、场曲、畸变)和倍率色差。

由于望远镜要与目镜、棱镜或透镜式转像系统组合起来使用,所以在设计望远镜物镜时,应考虑到它与其他部分之间的像差补偿关系。

在物镜光路中有棱镜的情况下,物镜的像差应当与棱镜的像差互相补偿,即棱镜的像差要靠物镜来补偿,由物镜来校正棱镜的像差。

望远物镜设计

望远物镜设计

1.望远物镜有什么光学特性和像差特性? 望远物镜的光学特性有以下两点: 1.1 相对孔径不大在望远光学系统中,入射的平行光束经过系统以后仍为平行光束,因此物镜的相对孔径('D f 物)和目镜(''D f 目)的相对孔径是相等的。

目镜的相对孔径主要由出瞳直径'D 和出瞳距离'z l 决定。

目前观察望远镜的出瞳直径'D 一般为4mm左右,出瞳距离'z l 一般要求20mm 左右,为了保证出瞳距离,目镜的焦距'f 目一般不能小于25mm ,这样目镜的相对孔径为''41256D f =≈目 所以,望远物镜的相对孔径小于1/5。

1.2 视场较小望远镜的视放大率为'tan tan w wΓ=,目前常用目镜的视场'2w 大多在70︒以下,这就限制了物镜的视场不能太大。

如一个8⨯的望远镜,可得物镜视场2w 为10︒。

通常望远物镜的视场不大于10︒。

像差特性:由于望远物镜的相对孔径和视场都不大,因此它的结构形式比较简单,要求校正的像差也比较少,一般主要校正边缘球差'm L δ,轴向色差'FC L ∆和边缘孔径的正弦差'm SC 。

而不校正'ts x ,'p x 和'z y δ以及垂轴色差'FC y ∆。

由于望远物镜要和目镜、棱镜或透镜式转像系统组合起来使用,所以再设计物镜时,应考虑到它和其他部分之间的像差补偿。

在物镜光路中有棱镜的情形,棱镜的像差要有物镜来校正。

另外,目镜中常有少量球差和轴向色差无法校正,也需要物镜的像差给予补偿。

所以物镜的'm L δ,'FC L ∆,'m SC 常常不是校正到零,而是要求它等于指定的数值。

望远镜属于目视光学仪器,设计目视光学仪器(包括望远镜和显微镜)一般对F(486.13nm)和C(656.28nm)校正色差,对D(589.3nm)校正单色像差。

内调焦望远物镜的设计

内调焦望远物镜的设计

电气工程学院课程设计说明书设计题目:内调焦望远物镜的设计系别:工业自动化仪表年级专业: xx级仪表x班学号: xxxxxxxxxxx学生姓名: xxxxx指导教师:童凯朱丹丹教师职称:副教授讲师电气工程学院《课程设计》任务书课程名称:光学仪器基础课程设计2、学生那份任务书要求装订到课程设计报告前面。

电气工程学院教务科目录第一章摘要 (4)第二章设计原理 (4)2.1内调焦望远镜的外形尺寸计算 (4)2.2双胶合物镜 (5)第三章初始结构参数的计算 (6)3.1 结构类型的选择 (6)3.2 前组双胶合透镜的参数和像差求解 (6)3.3 后镜组的初始参数求解 (8)第四章使用ZEMAX软件优化 (10)第五章总结 (13)参考文献 (14)第一章 摘要本文中介绍了一种内调焦望远物镜的设计。

根据要求的数据求出设计的初始结构参数,焦距mm f 215'=,前镜组相对孔径是1:4.1,后镜组相对孔径为1:3.3.并用ZEMAX 软件仿真,校正球差、慧差和轴向色差。

但是由于误差的绝对存在,使的不可能达到非常理想的地步,只能是误差在允许的范围内。

第二章 设计原理2.1内调焦望远镜的外形尺寸计算所谓内调焦望远物镜,是指物镜内部有一个负的调焦镜组构成的复合物镜,利用负镜组对远近不同的物体进行调焦能使想始终位于一个固定的位置上,故把这个起内调焦作用的负镜组称为调焦镜。

由于调焦镜在镜筒内部,调焦时不改变筒长,所以称为内调焦望远镜,与外调焦望远镜相比,它具有筒长短、封密性好的优点,因此广泛用于大地测量仪器中。

负镜组可将主面提前,使筒长显著减小。

其缩小比为 'f L m =()1-1焦距等效距离。

是筒长;式中,'f L 在望远镜做测距用时,测距方程为s c Kl s += ()2-1 式中,s 是被测距离;l 是读轮的读数,一般去K=100;s c 是常数。

用望远镜测距时,用满足准距条件时, 0211='+'+-f f d L δδ 0=s c().20~152mm L+=δδ一般取是前组到转轴的距离,式中,。

望远物镜设计

望远物镜设计

1.望远物镜有什么光学特性和像差特性? 望远物镜的光学特性有以下两点: 1.1 相对孔径不大在望远光学系统中,入射的平行光束经过系统以后仍为平行光束,因此物镜的相对孔径('D f 物)和目镜(''D f 目)的相对孔径是相等的。

目镜的相对孔径主要由出瞳直径'D 和出瞳距离'z l 决定。

目前观察望远镜的出瞳直径'D 一般为4mm左右,出瞳距离'z l 一般要求20mm 左右,为了保证出瞳距离,目镜的焦距'f 目一般不能小于25mm ,这样目镜的相对孔径为''41256D f =≈目 所以,望远物镜的相对孔径小于1/5。

1.2 视场较小望远镜的视放大率为'tan tan w wΓ=,目前常用目镜的视场'2w 大多在70︒以下,这就限制了物镜的视场不能太大。

如一个8⨯的望远镜,可得物镜视场2w 为10︒。

通常望远物镜的视场不大于10︒。

像差特性:由于望远物镜的相对孔径和视场都不大,因此它的结构形式比较简单,要求校正的像差也比较少,一般主要校正边缘球差'm L δ,轴向色差'FC L ∆和边缘孔径的正弦差'm SC 。

而不校正'ts x ,'p x 和'z y δ以及垂轴色差'FC y ∆。

由于望远物镜要和目镜、棱镜或透镜式转像系统组合起来使用,所以再设计物镜时,应考虑到它和其他部分之间的像差补偿。

在物镜光路中有棱镜的情形,棱镜的像差要有物镜来校正。

另外,目镜中常有少量球差和轴向色差无法校正,也需要物镜的像差给予补偿。

所以物镜的'm L δ,'FC L ∆,'m SC 常常不是校正到零,而是要求它等于指定的数值。

望远镜属于目视光学仪器,设计目视光学仪器(包括望远镜和显微镜)一般对F(486.13nm)和C(656.28nm)校正色差,对D(589.3nm)校正单色像差。

高明老师-光学设计(4)望远

高明老师-光学设计(4)望远

这种物镜的缺点是:系统的相对孔径比较小, 因前组的相对孔径一般比整个系统的相对孔 D f ' 4 径大一倍以上,如双胶合光组 ,1 则整 个光组的为 D f '。 1 8
⒉ 双胶合-厚弯月摄远物镜设计 立式光学比较仪物镜就属于这一类型,引入 厚弯月透镜为了校正场曲。
一般光学系统设计过程可以大致分为三个 步骤: (a)根据外形尺寸计算对物镜的焦距、相 对孔径和视场以及成像质量提出的要求, 选定物镜的结构型式; (b)应用薄透镜系统初级像差公式求透镜 组的初始结构参数; (c)通过光路计算求出实际像差,然后进 行微量校正,得到最后结果。
三是牛顿系统:它由一个抛物面主镜和一 块与光轴成45°的平面反射镜构成。抛物 面能把无限远的轴上点在它的焦点成一个 理想的像点。第二个平面反射镜同样能理 想成像。
折反射系统是卡塞格林系统的改进。它是由 球面主镜和校正透镜(又称校正板)组成。
二.双胶合物镜,双分离物镜设计 ⒈ 双胶合物镜的设计 双胶合物镜是一种常用的望远物镜,它的结 构简单,光能损失小,合理选择玻璃和弯曲 能校正球差,彗差和色差,但不能消除像散, 场曲与畸变,故视场不大,一般不超过10º , 二级光谱与色球差也不能校正。 对于双胶合物镜,一般在焦距不长,相对孔 径不大的系统中采用。
例1 设计一,D=20mm相对孔径为 D 1 0 视场 ' 的望远物镜。 2 7
f 6.15

根据题目要求,选择双胶合望远物镜较合适。 ' 焦距 f 6.15D 123 ,按上述光学参数可 对该物镜进行设计计算。
缩放法:所谓缩放,即根据对光学系统的 要求,找出性能参数比较接近的已有结构, 将其各尺寸乘以缩放比K,得到所要求的 系统结构,并估计其像差的大小或变化趋 势。其缩放步骤如下: (1)根据所设计光学系统的外部参数,由 手册等资料选取比较接近的现有结构。 ' 外部参数指D(或nsinu)、 2 等, f、 其中 主要是不能相差太大,相差太大即失 去原有数据的参考价值。

光学课程设计望远镜系统结构设计

光学课程设计望远镜系统结构设计

光学课程设计——望远镜系统结构设计姓名:学号:班级:指导老师:一、设计题目:光学课程设计二、设计目的:运用应用光学知识,了解望远镜工作原理的基础上,完成望远镜的外形尺寸、物镜组、目镜组及转像系统的简易或原理设计。

了解光学设计中的PW法基本原理。

三、设计原理:光学望远镜是最常用的助视光学仪器,常被组合在其它光学仪器中。

为了观察远处的物体,所用的光学仪器就是望远镜,望远镜的光学系统简称望远系统. 望远镜是一种用于观察远距离物体的目视光学仪器,能把远物很小的张角按一定倍率放大,使之在像空间具有较大的张角,使本来无法用肉眼看清或分辨的物体变清晰可辨。

所以,望远镜是天文和地面观测中不可缺少的工具。

它是一种通过物镜和目镜使入射的平行光束仍保持平行射出的光学系统.其系统由物镜和目镜组成,当观察远处物体时,物镜的像方焦距和目镜的物方焦距重合,光学间距为零.在观察有限远的物体时,其光学间距是一个不为零的小数量,一般情况下,可以认为望远镜是由光学间距为零的物镜和目镜组成的无焦系统.常见望远镜按结构可简单分为伽利略望远镜,开普勒望远镜,和牛顿式望远镜。

常见的望远镜大多是开普勒结构,既目镜和物镜都是凸透镜(组),这种望远镜结构导致成像是倒立的,所以在中间还有正像系统。

物镜组(入瞳)目镜组视场光阑出瞳1'1ω2'2'ω3 'f物—f目'l z'3上图为开普勒式望远镜,折射式望远镜的一种。

物镜组也为凸透镜形式,但目镜组是凸透镜形式。

为了成正立的像,采用这种设计的某些折射式望远镜,特别是多数双筒望远镜在光路中增加了转像稜镜系统。

此外,几乎所有的折射式天文望远镜的光学系统为开普勒式。

伽利略望远镜是以会聚透镜作为物镜、发散透镜作为目镜的望远镜(会聚透镜的焦距要大于发散透镜的焦距),当远处的物体通远物镜(u>2f )在物镜后面成一个倒立缩小的实像,而这个象一个要让它成现在发散透镜(目镜)的后面即靠近眼睛这一边,当光线通过发散透镜时,人就能看到一个正立缩小的虚象。

二元光学内调焦望远物镜的设计_李丹

二元光学内调焦望远物镜的设计_李丹

第37卷 第1期2015年2月光 学 仪 器OPTICAL INSTRUMENTSVol.37,No.1February,2015 文章编号:1005-5630(2015)01-0031-04收稿日期:2014-06-25作者简介:李 丹(1989—),女,硕士研究生,主要从事光学设计方面的研究。

E-mail:lidanwish@163.com通信作者:杨 波(1977—),男,副教授,主要从事光学及照明系统领域的研究。

E-mail:yangbo@usst.edu.cn二元光学内调焦望远物镜的设计李 丹,杨 波,舒新伟(上海理工大学光电信息与计算机工程学院,上海 200093)摘要:对内调焦望远物镜进行设计,利用二元透镜独特的色散特性,在提高成像质量的同时对传统结构进行简化。

选取合适的初始结构,通过CODE V软件对物镜进行设计、优化及像质分析,得到成像质量颇佳的系统。

在此基础上,对系统进行了调焦及优化,实现了对1.5m到无穷远物距在分划板上清晰成像的目的。

在所有变焦范围内,系统各视场在50lp/mm处的MTF值均大于0.4,且各视场的畸变均小于0.5%。

关键词:二元光学透镜;望远物镜;内调焦中图分类号:TH 743 文献标志码:A doi:10.3969/j.issn.1005-5630.2015.01.008The design for internal focusing telescope objectiveusing binary optical lensLI Dan,YANG Bo,SHU Xinwei(School of Optical-Electrical and Computer Engineering,University of Shanghai forScience and Technology,Shanghai 200093,China)Abstract:It is designed for internal focusing telescope objective,using the unique dispersioncharacteristic of binary optics lens to improving the imaging quality at the same time to simplifythe structure.Choosing an appropriate initial structure,using CODE V software,the objectiveis designed,optimized and analyzed.A fine image quality system is obtained.On this basic,the system is focused and optimized.The goal is achieved that object distance from 1.5mtoinfinity is imaging clear in the reticle.The MTF value of the system in all zooms is higher than0.4at 50lp/mm spatial frequency and the distortion is smaller than 0.5%.Keywords:binary optics lens;telescope objective;internal focusing引 言物镜是整个望远镜系统中至关重要的部分,其成像质量直接影响整个系统的成像性能。

简单望远物镜设计说明

简单望远物镜设计说明

电气工程学院课程设计说明书设计题目:简单望远物镜设计系别:年级专业:学号:学生:指导教师:教师职称:电气工程学院《课程设计》任务书课程名称:光学仪器基础课程设计2、学生那份任务书要求装订到课程设计报告前面。

电气工程学院教务科目录第一章设计要求 (1)第二章设计方法和ZEMAX软件 (1)2.1设计方法 (1)2.2 ZEMAX软件介绍 (2)第三章设计过程 (3)3.1 P、W法计算初始结构 (3)3.2 ZEMAX软件优化曲率半径 (7)第四章像差分析 (15)心得体会 (17)参考文献 (18)绪论在薄透镜组中,应用最多的是双胶合透镜,因为它是能够满足一定的P、W、C的最简单的结构形式。

它是一种把低分散的冕牌玻璃正透镜和高分散的火石玻璃负透镜粘接而成的透镜。

设计时,在蓝色(486.1nm),绿色(546.1nm)和红色(656.3nm)三个波长,对分散的不同值和透镜形状进行了优化,实现了最小色差。

因此,此类透镜可在整个可见光区域使用。

其球差在设计时也进行了优化,和单个透镜相比,双胶合透镜的球差要小的多。

使用于无限远共轭状态时,其球差最小。

摘要光学系统的初始结构计算通常采用以下两种方式:即代数法(解析法)和缩放法。

代数法是根据初级相差理论来求解满足成像质量要求的初始结构的方法,又称PW法; 而缩放法是根据已有光学技术资源和专利文献,选择其光学特性与所要求的相接近的结构作为初始结构的方法。

ZEMAX是美国Focus Software Inc.所发展出的光学设计软件,可做光学组件设计与照明系统的照度分析,也可建立反射,折射,绕射等光学模型,并结合优化,公差等分析功能,是套可以运算Seqential及Non-Seqential的软件。

第一章设计要求:设计一个焦距为500mm,相对孔径为1:10的望远物镜,要求物镜本身校正球差、慧差、轴向色差。

入瞳位置在物镜上。

第二章设计方法和ZEMAX软件2.1设计方法:任何光学系统或光组的像差参量表达式均可分为两部分:一部分称为部参数,是指光组各个折射面的曲率半径r、折射面间的间隔d和折射面间介质折射率n;另一部分参数称为外部参数,是指物距l、焦距f'、半视场角w和相对孔径D/f'等。

(完整word版)光学课程设计望远镜系统结构设计

(完整word版)光学课程设计望远镜系统结构设计

光学课程设计——望远镜系统结构设计姓名:学号:班级:指导老师:一、设计题目:光学课程设计二、设计目的:运用应用光学知识,了解望远镜工作原理的基础上,完成望远镜的外形尺寸、物镜组、目镜组及转像系统的简易或原理设计。

了解光学设计中的PW法基本原理。

三、设计原理:光学望远镜是最常用的助视光学仪器,常被组合在其它光学仪器中。

为了观察远处的物体,所用的光学仪器就是望远镜,望远镜的光学系统简称望远系统. 望远镜是一种用于观察远距离物体的目视光学仪器,能把远物很小的张角按一定倍率放大,使之在像空间具有较大的张角,使本来无法用肉眼看清或分辨的物体变清晰可辨。

所以,望远镜是天文和地面观测中不可缺少的工具。

它是一种通过物镜和目镜使入射的平行光束仍保持平行射出的光学系统.其系统由物镜和目镜组成,当观察远处物体时,物镜的像方焦距和目镜的物方焦距重合,光学间距为零.在观察有限远的物体时,其光学间距是一个不为零的小数量,一般情况下,可以认为望远镜是由光学间距为零的物镜和目镜组成的无焦系统.常见望远镜按结构可简单分为伽利略望远镜,开普勒望远镜,和牛顿式望远镜。

常见的望远镜大多是开普勒结构,既目镜和物镜都是凸透镜(组),这种望远镜结构导致成像是倒立的,所以在中间还有正像系统。

物镜组(入瞳)目镜组视场光阑出瞳1'1ω2'2'ω3 'f物—f目'l z'3上图为开普勒式望远镜,折射式望远镜的一种。

物镜组也为凸透镜形式,但目镜组是凸透镜形式。

为了成正立的像,采用这种设计的某些折射式望远镜,特别是多数双筒望远镜在光路中增加了转像稜镜系统。

此外,几乎所有的折射式天文望远镜的光学系统为开普勒式。

伽利略望远镜是以会聚透镜作为物镜、发散透镜作为目镜的望远镜(会聚透镜的焦距要大于发散透镜的焦距),当远处的物体通远物镜(u>2f )在物镜后面成一个倒立缩小的实像,而这个象一个要让它成现在发散透镜(目镜)的后面即靠近眼睛这一边,当光线通过发散透镜时,人就能看到一个正立缩小的虚象。

光学设计第15章望远镜物镜设计

光学设计第15章望远镜物镜设计

光学设计第15章望远镜物镜设计
望远镜物镜设计是一项精密的工作,是将光学原理与望远镜外观结合在一起,使用光学工程原理来设计最优的物镜结构的过程,让望远镜具有较高的光学性能。

望远镜物镜设计包括光学系统设计、光学稳定性设计、光学像质设计和光学布线设计等。

1、光学系统设计
光学系统设计是望远镜物镜设计的核心,它是优化物镜结构的过程,也是物镜设计的核心技术和理论支持。

它的设计考虑的因素包括成像系统的像质、失焦量、像面形状、距离等,以及物镜安装的功能及望远镜构型的要求等,实质上是用合理的光学聚焦来形成良好的成像系统。

2、光学稳定性设计
光学稳定性设计是望远镜物镜设计的重要内容,其目的是确保望远镜物镜在使用中能够保持稳定的聚焦状态。

物镜设计时,需要设计出可以确保望远镜物镜准确定位和具有良好的抗斜杆联动性的结构。

3、光学像质设计
光学像质设计是望远镜物镜设计的重要方面,主要目的是保证望远镜能够获得清晰、高质量的观测图像。

物镜设计时,需要考虑图像质量,而光学设计则是对图像质量的关键保证。

内调焦准距式望远系统光学设计

内调焦准距式望远系统光学设计

内调焦准距式望远系统光学设计1、技术参数选择;放大率:Γ≥ 24⨯加常数:c = 0分辨率:ϕ≤ 4"最短视距:Ds≥2m视场角:2w≤ 1.6︒筒长:LT=170mm乘常数:k = 1002、外形尺寸计算;这里取Γ = -24⨯,取不同的筒长L和缩短系数Q,根据上述公式(15)计算的结果列表2-1。

表2-1Γ= -24⨯上述计算表明:1、为了使仪器结构紧凑,必须缩短仪器筒长。

缩短筒长L,f'1、f'2、f'3减小,导致各透镜组的相对孔径D/f'将增大。

透镜组相对孔径的增大,将使像差校正困难,或使结构复杂,成本增加。

因此,仪器筒长L不宜术小。

2、当筒长L 一定时,希望一定筒长所能获得的组合焦距f '12越大越好,即缩短系数Q 越小越好。

Q 越小,f '1、f '2就越小,从而D 1/f '1和D 2/f '2增大,且α2增大,主物镜的剩余像差经调焦镜后将被放大α2倍,于像差校正是不利的。

另一方面,Q 越大,f '12和f '3就越小,但目镜的焦距不能太小,否则,目镜的镜目距小,影响观察。

综上所述,应该取适当的L 和Q 。

作为例子,我们取:Γ = -24⨯, L =170, Q = 0.65f '12 = 261.54, d 0 = 111.71f '1 = 143.74, f '2 = -71.11, f '3 = 10.90由于计算误差和取舍误差,亦或计算错误,使得加常数c ≠ 0。

因此,必须检验加常数是否为0。

检验公式为:()2222122142f -f -f L-f δ-f c ''''+'= (2-4)将所确定的参数代入,得:c = 0.00254由此可见,系统满足准距条件,其所引起的测量误差可以忽略不计。

为了满足分辨率的要求,即 ϕ ≤ 4",由D014''=ϕ 得:35m m 4140140D =≥=ϕ另一方面,由DDΓ'=可知,Γ一定时,出瞳D '随D 的增大而增大。

关于望远物镜的设计

关于望远物镜的设计

1. 设计一个望远镜(焦距100mm,全视场角8度)2. 设计一个显微镜(放大倍率10倍,NA=0.2,共轭距离210mm)3. 设计一个照相物镜(焦距50mm,相对孔径1/2,全视场角50度)内容:(1)通过给定的参数,计算出其他参数值。

(2)分析系统需要校正的象差类型。

(3)通过手册查询初始结构,并回答所属类型,然后输入到计算机软件中给出输入结果的二维图。

(4)采用上机学到的知识进行全部优化。

给出MTF结果。

(5)采用上机学习的知识进行对样板和公差分析,给出操作步骤的图片和结果。

(6)绘制出光学系统图。

望远物镜设计(1)f’=100, D/f’=1/4, D=25mm, 2w=8(2)系统需校正的像差:球差、慧差、色差、场曲(3)查手册选初始结构,f’=109.81, D/f’=1/2.2,2w=12,l’f=99.12 .属于双胶合、双分离摄远物镜二维输出结果:(4)(5)采用上机学习的知识进行对样板和公差分析,给出操作步骤的图片和结果。

步骤:一. 设定Tolerance Data1. 一般情况我们可以利用Zemax 的Default Tolerances 进行设置,在Tolerance Data Editor 中Tools 菜单下有Default Tolerances 选项。

弹出如下对话框:在此对话框可以对各面的R值,TC,偏心(Decenter),倾斜(Titlt),不规则度(Irregularity)及材质的公差进行设定。

各项意义如下:Surface Tolerances 一列Radius.(半径公差),它可以使用一个具体的量(Millmeters 此为Lens Unit)作为限制,也可使用干涉条纹数(Fringes)做为限制。

Thickness(中心厚度),它以当前ZemaxFile 中的Lens Unit 做为单位。

Decenter X/Decenter Y 偏心公差差Tilt X/Tilt Y 面的倾角S + A Irreg Spherical and Astigmatism 不规则度(仅对于Standard Surface Type)Zern Irreg 泽尔尼克不规则度(Zernike Irregularity)Index 玻璃材质折射率Abbe 玻璃材质色散系数Element Tolerances 一列只有Decenter 及Tilt 的设定,其意义同上,但与Surface Tolerances 的区别是它将应用一个元件而不是一个光学表面。

毕业论文(设计)基于zemax的光学系统设计报告—内调焦望远物镜的设计

毕业论文(设计)基于zemax的光学系统设计报告—内调焦望远物镜的设计

目录一、前言 (1)二、设计技术参数 (1)三、外形尺寸计算 (2)四、初始结构的选型和计算 (6)五、利用zemax优化及评价 (8)六、设计心得体会 (12)七、参考文献 (13)内调焦望远物镜的设计一、前言内调焦望远镜是一种具有多种用途、使用方便的光学检调仪器,它可以作为自准直仪和可调焦望远镜使用。

因此它广泛地应用于光学实验室、光学加工车间和光学装校车间作为检验和调校工具。

例如,作为内调焦望远镜使用时:可以用来检验导轨、平面或直尺的“直线性”,基面之间的“垂直性”,平面之间的“平行性”以及不同直径孔径之间的“同轴性”;作为自准直仪使用时:可检测平面间的角度,光学平行平板两表面的楔角以及观测星点等等。

内调焦是针对外调焦而言的,外调焦是指通过直接移动目镜或者物镜进行调焦,内调焦是指移动镜头组之间的一组镜片来调焦.内调焦广泛运用在某类结构的防水产品上,优点是密封性好一些,但是若设计不当视野会相对窄。

二、设计技术参数技术条件如下:相对孔径D/f’=1/6.58合成焦距f’=250mm物镜筒长L=165mm(薄透镜筒长)物方半视场角w=-2°三、外形尺寸计算根据上图进行光路计算2'(101)12012/'l f d d L f Q ϕϕϕϕϕϕ=-=+-=式中,L ,f ’已知,当假设d0后便可由上述三式求得φ1、φ2、和l2’。

相应地,φ1、φ2可按下述二式求得11/1'1/0/0'1/'21/2'(')/0(0)f d L d f f f f L d d L ϕϕ==-+==--计算结果如表所示 d0/mm 25 50 75 82.5 100 125 150 165 f1’/mm56.81892.595117.18123.13135.14148.81159.57165f2’/mm-41.17-67.65-79.41-80.10-76.47-58.82-26.47由上表知,当Q 给定后,f1’随d0的增加而增加,-f2’开始随d 的增加而增加,到L/2时随d0的增大而减小。

望远镜物镜的设计方法

望远镜物镜的设计方法

望远镜物镜的设计方法一、引言望远镜物镜是望远镜中最重要的组件之一,起到聚集和折射光线的作用。

物镜的设计直接影响到望远镜的分辨率、亮度和视场等性能指标。

因此,物镜的设计方法显得尤为重要。

二、物镜设计的基本原理物镜的设计目标是在给定的参数条件下,使得望远镜具有最佳的成像质量。

物镜的设计方法主要基于以下原理:1. 折射原理:物镜利用透镜的折射原理将光线聚焦到焦点上。

根据透镜的曲率和折射率,可以计算出透镜的焦距和焦点位置。

2. 理想成像原理:物镜的设计目标是实现尽可能接近理想成像的效果。

理想成像是指物镜将入射光线聚焦到一个点上,形成清晰的像。

实际物镜设计中,需要考虑像差的问题,通过优化透镜的曲率和厚度分布等参数,减小像差的影响。

3. 光学设计软件:物镜的设计过程通常借助光学设计软件进行模拟和优化。

光学设计软件能够根据设计要求和参数输入,自动生成透镜的曲率和厚度分布,并通过光线追迹法进行成像质量的评估和优化。

三、物镜设计的步骤物镜的设计通常包括以下步骤:1. 确定设计要求:根据望远镜的应用需求,确定物镜的参数要求,如焦距、口径、视场等。

2. 选择透镜材料:根据设计要求和预算,选择适合的透镜材料。

透镜材料的选择应考虑折射率、色散性能、透过率等因素。

3. 初步设计:利用光学设计软件进行初步设计,确定透镜的曲率和厚度分布。

根据设计要求和透镜材料的特性,进行初步的光学系统仿真和评估。

4. 优化设计:通过光学设计软件进行优化设计,调整透镜的参数,如曲率半径、厚度等,以达到更好的成像质量。

优化设计过程中,可以采用遗传算法、模拟退火等方法,寻找最优的设计解。

5. 系统评估:对优化后的设计方案进行系统评估,包括成像质量、像差分析、光学效率等指标。

根据评估结果,对设计方案进行调整和改进。

6. 光学制造和测试:根据最终的设计方案,制造物镜并进行光学测试。

光学测试可以通过干涉仪、星测试等方法进行,以验证物镜的成像质量是否符合设计要求。

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电气工程学院课程设计说明书设计题目:内调焦望远物镜的设计系别:工业自动化仪表年级专业: xx级仪表x班学号: xxxxxxxxxxx学生姓名: xxxxx指导教师:童凯朱丹丹教师职称:副教授讲师电气工程学院《课程设计》任务书课程名称:光学仪器基础课程设计2、学生那份任务书要求装订到课程设计报告前面。

电气工程学院教务科目录第一章摘要 (4)第二章设计原理 (4)2.1内调焦望远镜的外形尺寸计算 (4)2.2双胶合物镜 (5)第三章初始结构参数的计算 (6)3.1 结构类型的选择 (6)3.2 前组双胶合透镜的参数和像差求解 (6)3.3 后镜组的初始参数求解 (8)第四章使用ZEMAX软件优化 (10)第五章总结 (13)参考文献 (14)第一章 摘要本文中介绍了一种内调焦望远物镜的设计。

根据要求的数据求出设计的初始结构参数,焦距mm f 215'=,前镜组相对孔径是1:4.1,后镜组相对孔径为1:3.3.并用ZEMAX 软件仿真,校正球差、慧差和轴向色差。

但是由于误差的绝对存在,使的不可能达到非常理想的地步,只能是误差在允许的范围内。

第二章 设计原理2.1内调焦望远镜的外形尺寸计算所谓内调焦望远物镜,是指物镜内部有一个负的调焦镜组构成的复合物镜,利用负镜组对远近不同的物体进行调焦能使想始终位于一个固定的位置上,故把这个起内调焦作用的负镜组称为调焦镜。

由于调焦镜在镜筒内部,调焦时不改变筒长,所以称为内调焦望远镜,与外调焦望远镜相比,它具有筒长短、封密性好的优点,因此广泛用于大地测量仪器中。

负镜组可将主面提前,使筒长显著减小。

其缩小比为 'f L m =()1-1焦距等效距离。

是筒长;式中,'f L 在望远镜做测距用时,测距方程为s c Kl s += ()2-1 式中,s 是被测距离;l 是读轮的读数,一般去K=100;s c 是常数。

用望远镜测距时,用满足准距条件时, 0211='+'+-f f d L δδ 0=s c().20~152mm L+=δδ一般取是前组到转轴的距离,式中,。

在大地测量仪器中,望远镜的主要作用是观察瞄准目标和测距。

由于测量仪器是在野外使用,所以要求仪器的体积小、重量轻、结构简单、使用方便、效率高、质量好。

为求出三个未知量 d f f 和21,'',需解下述三个方程组211112121='+'+-=⎪⎪⎭⎫⎝⎛'-'+'=+'+'''f f d L L f d f d f df f f f δδ ()3-1式中:L 为自物镜前组像方主平面到物镜系统像面的距离;d 为自物镜前组像放主平面到调焦镜前主平面的距离;'f 为物镜系统焦距;'1f 为物镜前组焦距,'2f 为调焦镜焦距。

2.2双胶合物镜望远镜物镜要求校正的像差主要是轴向色差、球差和慧差。

由薄透镜系统的初级像差理论知道,一个薄透镜组除了校正色差而外,还能校正两种单色像差,正好符合望远镜校正像差的需要,因此望远镜物镜一般由薄透镜组构成。

由于双胶合物镜无法校正像散、场曲。

因此它的可用试场受到限制,一般不超过︒10,如果物镜后面有较长的棱镜,则由于棱镜的像散和物镜的像散符号相反,因而可以抵消一部分物镜的像散,试场可达。

双胶合物镜无法控制孔径高级球差,因此它的可用相对孔径也受到限制。

不同焦距时,双胶合物镜可能得到满意成像质量的相对孔径如表1所示一般双胶合物镜的最大口径不能超过mm 100,这是因为当直径过大时,会使透镜的重量过大而胶合不牢固,同时当温度改变时,胶合面上容易产生应力,是成像质量变坏,严重时可能脱胶。

所以,对于直径过大的双胶合物镜组,往往不进行胶合,而是中间用很薄的空气层隔开,空气层两边的曲率半径仍然相等。

这种物镜从像差性质来说实际上和双胶合物镜完全相同。

第三章 初始结构参数的计算3.1 结构类型的选择由给出的技术参数为:焦距 mm f 215='通光口径 mm D 351= 视场 ︒=5.12ω用内调焦望远镜物镜的公式()3-1计算物镜外形尺寸,有上述公式可得。

前组焦距: mm f 1451='后组焦距: mm f 532-='两组之间的间隔:mm d 78=对应的组合焦距和系统长度为:mm f 215=' 150mm L =透镜组的结构形式,是由它的光学特性确定的,我们首选看看前组, (1)前组透镜的光束口径就等于系统要求的通光口径,因此它的相对孔径为:1.4114535'11==f D 相对孔径接近1/4,因此可以采用简单的双胶合物镜(2)调焦组的通光口径2D 。

调焦组的通光口径可用光路计算的方法确定,应该按轴外上光线计算其口径:161457814535'1112=-=-'=f d f D D 调焦组的相对孔径为:3.315316'22==f D 可以看出 满足设计要求。

由于物镜要求的视场角很小(︒=5.12ω),所以用不着考虑校正轴外相差,只需要校正球差、慧差和轴向色差,因此前后两组可以各自独立的进行校正,这样系统的装配误差对成像质量影响较小,后面我们可以采用前后组独立校正像差的方案进行设计。

3.2 前组双胶合透镜的参数和像差求解这个物镜的视场教很小,所以轴外像差不大。

主要校正的像差为球差、正弦差和位置色差,可用双胶合透镜。

根据设计要求,设像差的初级量为零,则按初级像差公式有02120=''-='∑ISu n L kk δ 0210=''-='∑I ISun K kks0120=''-='∆∑ICu n l kk FC亦即002234=Φ==P Φ=∞I I∞I ∑∑WJh S h S022112=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=∑Ivv h C ϕϕ 由此可得基本像差参量为0,00===P ∞∞C W ,()4-1 再求0P 。

由公式⎪⎩⎪⎨⎧+-P +-P =P ∞∞∞∞220)2.0(85.0)1.0(85.0W W ()5-1 我们选择用冕牌玻璃进行计算。

取1.00-=W ,带入()5-1,可得()0085.01.0085.0020-=+-=P根据0P 和I C 从附录1查玻璃组合。

由于K9玻璃性能好而且熔炼成本低,因此应优先选用。

可选它和ZF2玻璃组合,当C =0时,由附录1差得0P =0.038。

从附录2差得K9(1n =1.5163)和ZF2(2n =1.6725)组合的双胶合薄透镜组的各系数为0P =0.038319, 0Q =-4.284074, 0W =-0.06099 1ϕ=2.009404, 并取A =2.44, K =1.72 根据公式:⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧K -+A P -P ±=∞∞0000W W Q Q Q ()6-1 可得 0Q Q ==-4.284074, 0W W =∞=-0.06099。

从而求得各面的曲率7737.01112748.26173.115163.10094.25163.14284.0122123121111-=---+=-=+==-⨯+-=-+=n n n Q Q n n Q ϕρϕρϕρ再由公式求出球面半径好像差计算mmf r mm f r mmf r 43.1857737.0215'74.632.2747-215'66.896173.1215'332211=-==-======ρρρ根据半径数值和通光口径的要求,确定透镜的厚度。

mmd mm d mmd 10565.9321===3.3 后镜组的初始参数求解 根据已经选定的结构型式,后组为一个双胶合透镜组,求解的方法和前面的求法完全相同。

根据前面确定方法,要求独立校正球差、慧差和轴向色差。

因此后组的三个像差特性参数必须等于零, 即:0===P C W再根据ϕh 的规划公式,显然有:0===P C W由公式()()()μμ+-=++--P =P ∞∞225141211u W Wu W u ()7-1对后组来说:mm f 53'-=, mm d f l 6778145'1=-=-=791.06753'1-===l f u 将791.0,01===P u W 代入()7-1,可求的05.289.2==P ∞∞W ;由公式()5-1 求的 73.085.0200-=⎪⎭⎫ ⎝⎛--P =P ∞∞W W查表可得ZF1-K7玻璃组合,火石玻璃在前。

同理,可以求出后镜组的球面对半径和各面的厚度mmr mm r r 03.5379.42654=-=∞=mmd mm d 54.254==最后的望远物镜的初级参数如表2所示 。

表2 内调焦望远物镜的机构参数主要技术指标结构mm D mm f f D355.122151.41=︒=='='ω 面号 r/mm d /mmD nν 玻璃 1 89.66 2 -63.74 9.5 1.5163 64.1 K9 3 185.546 1.6725 32.2 ZF2 4 ∞5 -42.79 2.4 1.6473 33.9 ZF16 53.0321.568856.0BaF7第四章使用ZEMAX软件优化优化前的各种曲线图:像差特性曲线图光程特性曲线图光学系统的调制传递函数图优化后的对应的曲线图:像差特性曲线图光程特性曲线图光学系统的调制传递函数图第五章总结这次光学课程设计,我介绍的是内调焦望远物镜的设计,虽然我学到的东西还不是很全,更也需还没有达到老师的所希望的水平,但是在这几天的设计中,我和其他同学相互相互讨论,交换意见和建议,并且包括了基础知识的积累、理论的成型。

在这次课程设计中,我知道了光学的重要性,就从我的设计题目来看,我们就可以知道它的重要性,因为我们都知道现在又很多地方都用的到望远镜。

特别是军队和天文学家们,那表现的就更加明显了。

所以,我们就可以知道光学的重要性,设计的过程中,我很快认识到了自己掌握的知识还不足,某些方面的能力还是不够。

这也让我再次认识到知识的重要性,活到老,学到老,只有不断的充实自己、完善自己的知识理论体系,才能够更好的胜任自己以后的工作。

而且,将理论在某平台的实现是要付出非常的努力和耐心、并不断修正错误多次试验、最后使理论和实践达成统一的过程。

设计中的不足让我深刻的认识到认真的学习和尽量掌握各方面知识是很重要的。

但是因为时间短促和自身水平的限制,设计中还有很多问题存在,还有这样或那样的遗憾,但我会在以后的学习中逐渐积累相关的知识和经验,所以,如果设计的结果没有让老师感到满意,或者没有达到老师要求的那样,希望老师能够理解,我已经很尽力了。

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