平行光管物镜设计

设计要求： ................................................................................................................................ 2
第一章
绪 论 ....................................................................................................... 2
ห้องสมุดไป่ตู้
1..7 光线追迹计算............................................................................................................. 7
第二章 平行光管物镜手工计算 .............................................................................................. 8
1.3 平行光管工作原理：.................................................................................................. 2
1.4 平行光管选用.............................................................................................................. 3
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平行光管物镜设计
用于光学仪器的装校或成像性能检测，但对光学设计、光机设计、装调等均提出了苛刻 的要求，平行光管的成本也较角度测量用平行光管昂贵。 5、 出射光平行度误差（σ）
工 程 光 学 课 程 设 计（论 文）
平行光管物镜设计
学 院（系）： 物理与材料学院
专
业： 光电子技术科学
学 生 姓 名： 刘云鹤
学
号： 2012153216
指 导 教 师： 芦永军
完 成 日 期： 2015-12-18
大连民族大学
平行光管物镜设计
摘要
平行光管主要由物镜、分划板和毛玻璃组成, 根 据生产实践要求而设计的平 行光管,可以在室内提供有限距离的目标。它可以用于仪器的装校,光学系统特性常 数的测定等。平行光管主要是通过它取得来自无限远的光束，是装校调整光学仪器 的重要工具，也是光学量度仪器中的重要组成部分，配用不同的分划板，连同测微 目镜头，或显微镜系统，则可以测定透镜组的焦距，鉴别率，及其他成像质量。将 附配的调整式平面反光镜固定于被检运动直的工件上，用附配于光管的高斯自准目 镜头，通过光管上的高斯目镜观察，可以进行运动工件的直线性检验。双胶合结构 是一种最常用最简单的物镜结构，双胶合物镜由一个正透镜和一个负透镜胶合而成。 这种透镜的优点是：结构简单，安装方便，光能损失较小，合适的选择玻璃可以校 正球差、彗差、和轴向色差三种相差，满足实际要求。根据双胶合结构的优点，因 此我们这次所做的平行光管物镜采用双胶合结构。 关键词：平行光管；双胶合结构；
4.1：Zemax 软件操作：................................................................................................. 12
4.2 优化前后对比............................................................................................................ 15
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平行光管物镜设计
设计要求：
设计要求：采用双胶合（Doublet）结构，D/f=1/6，半像面尺寸：5.25mm 半视场角：1° 设计波长：0.486um、0.587um、0.656um，口径 D：50mm
计算：系统焦距 f，后焦距（BFL）
第一章 绪 论
1.1 平行光管定义
平行光管是通过它取得来自无限远的光束，此光束谓之平行光。是装校调整光学仪 器的重要工具，也是光学量度仪器中的重要组成部分，配用不同的分划板，连同测微目 镜头，或显微镜系统，则可以测定透镜组的焦距，鉴别率，及其他成像质量。将附配的 调整式平面反光镜固定于被检运动直的工件上，用附配于光管的高斯自准目镜头，通过 光管上的高斯目镜观察，可以进行运动工件的直线性检验。
4.3 最终结果.................................................................................................................... 16
致 谢 .................................................................................................................................. 17
视场角是平行光管的另一个重要的技术指标，一般透射式平行光管视场角较大，而 反射式平行光管视场角较小。当平行光管视场角大于待检测仪器视场角时，可以一次完 成待测仪器全视场相关参数的检测，否则需要进行多次测量。在平行光管选用时需要根 据待测仪器视场角、平行光特性、成本等因素综合考虑。 3、口径（D）
全口径检测是光学仪器检测的基本原则一致，所以选用的平行光管口径必须大于待 检光学仪器的口径。口径的增大，直接导致平行光管的重量、成本的成倍增加，当口径 大到一定程度后还会影响平行光管的结构形式。譬如，当平行光管的有效口径要求大于 150mm 时，一般选用反射式系统，而非中小口径时的透射式系统。 4、 波前误差（WFE）
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平行光管物镜设计
1.4 平行光管选用
焦距 f、视场角 2ω、口径 D、波前误差（WFE）、出射光平行度（σ）是平行光管 的主要技术指标，也是平行光管选用时需要权衡考虑的技术参数。 1、焦距（f）
焦距是平行光管的重要技术指标，也是平行光管选用首先需要考虑的技术参数。一 方面，根据几何光学的物像关系表达式，理论上只要准确测量平行光管的焦距值，即可 计算、推导出待测光学仪器的技术参数，而无需考虑焦距的大小。但在实际使用过程中， 由于平行光管目标板存在必然的位置误差，根据牛顿公式可知，目标板离焦量一定时， 出射光的平行度误差与焦距成反比，所以，需要根据出射光平行度的要求和目标板校准 精度，权衡平行光管的焦距。另一方面，在光学仪器几何参数（焦距、相对孔径等）、 成像质量测量时，为了降低测量误差，一般选用平行光管的焦距是待检测仪器的 3～5 倍。 2、视场角（2ω）
1.5 光学系统的基本特性.................................................................................................. 4
1.6 近轴光学...................................................................................................................... 4
3.3 ZEMAX 中的像质评价方法 ...................................................................................... 10
第四章 课程设计结果 Zemax 验证....................................................................................... 12
1.2 平行光管的主要用途：
主要是用来产生平行光束的光学仪器，是装校调整光学仪器的重要工具，也是光学 量度仪器中的重要组成部分，配用不同的分划板，连同测微目镜头，或显微镜系统，则 可以测定透镜组的焦距，鉴别率，及其他成像质量。
1.3 平行光管工作原理：
将附配的调整式平面反光镜固定于被检运动直的工件上，用附配于光管的高斯自准 目镜头，通过光管上的高斯目镜观察，可以进行运动工件的直线性检验。光源发出的光 经聚光镜会聚与分光板反射后均匀照亮分划板。当分划板位于物镜的焦面上时，分划板 的像在物镜像空间的无穷远处，即由平行光管发出的光是平行光束。平行光管是准直仪 的一种，是无穷远成像系统的逆向使用，工作原理如下：光源发出的光均匀照亮目标板， 当目标板严格位于平行光管物镜的焦面上时，目标板的像在物镜像空间的无穷远处，即 由平行光管发出的光是平行光束。在实际使用时，受装校精度的制约，平行光管的目标 板位置与平行光管理想物方焦面位置之间必然存在一定位置误差，这是影响平行光管出 射光平行度的主要原因。
2.3 爱里斑......................................................................................................................... 9
第三章 Zemax 光学设计软件................................................................................................. 10
3.1 软件简介................................................................................................................... 10
3.2 ZEMAX 软件可以实现的主要功能：..................................................................... 10
1.1 平行光管定义.............................................................................................................. 2
1.2 平行光管的主要用途.................................................................................................. 2
2.1.平行光管物镜初始结构参数计算 ............................................................................ 8
2.2 光线追迹求解系统焦距 f 及后焦距值 BFL............................................................. 8
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平行光管物镜设计
目录
摘 要 ..................................................................................................................................... I
当平行光管用于光学仪器几何参数检测或其他角度测量时，称此类平行光管为“角 度测量用平行光管”，一般不对其成像质量过多关注；当平行光管用于光学仪器的装校、 成像质量检测时，称此类平行光管为“成像检测用平行光管”，此类平行光管自身的成 像质量将直接影响检测结果的正确性。“成像检测用平行光管”作为光学测试仪器，不 像普通成像系统那样具有固定的工作空间频率，所以一般用波前误差（WFE）评价其成 像质量，“成像检测用平行光管”选用时需要根据待测光学仪器的波像差要求选用波前 误差匹配的平行光管。“成像检测用平行光管”属于高档平行光管，此类平行光管可以