平行光管物镜设计
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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。
4.3 最终结果.................................................................................................................... 16
致 谢 .................................................................................................................................. 17
–1–
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Leabharlann Baidu行运动工件的直线性检验。
2.3 爱里斑......................................................................................................................... 9
第三章 Zemax 光学设计软件................................................................................................. 10
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
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
1.1 平行光管定义.............................................................................................................. 2
1.2 平行光管的主要用途.................................................................................................. 2
-I-
平行光管物镜设计
目录
摘 要 ..................................................................................................................................... I
–3–
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；
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
–2–
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）
设计要求： ................................................................................................................................ 2
第一章
绪 论 ....................................................................................................... 2
3.1 软件简介................................................................................................................... 10
3.2 ZEMAX 软件可以实现的主要功能：..................................................................... 10
1.3 平行光管工作原理：.................................................................................................. 2
1.4 平行光管选用.............................................................................................................. 3
4.1：Zemax 软件操作：................................................................................................. 12
4.2 优化前后对比............................................................................................................ 15
1.5 光学系统的基本特性.................................................................................................. 4
1.6 近轴光学...................................................................................................................... 4
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）
1..7 光线追迹计算............................................................................................................. 7
第二章 平行光管物镜手工计算 .............................................................................................. 8
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。
4.3 最终结果.................................................................................................................... 16
致 谢 .................................................................................................................................. 17
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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Leabharlann Baidu行运动工件的直线性检验。
2.3 爱里斑......................................................................................................................... 9
第三章 Zemax 光学设计软件................................................................................................. 10
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
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
1.1 平行光管定义.............................................................................................................. 2
1.2 平行光管的主要用途.................................................................................................. 2
-I-
平行光管物镜设计
目录
摘 要 ..................................................................................................................................... I
–3–
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；
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
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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）
设计要求： ................................................................................................................................ 2
第一章
绪 论 ....................................................................................................... 2
3.1 软件简介................................................................................................................... 10
3.2 ZEMAX 软件可以实现的主要功能：..................................................................... 10
1.3 平行光管工作原理：.................................................................................................. 2
1.4 平行光管选用.............................................................................................................. 3
4.1：Zemax 软件操作：................................................................................................. 12
4.2 优化前后对比............................................................................................................ 15
1.5 光学系统的基本特性.................................................................................................. 4
1.6 近轴光学...................................................................................................................... 4
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）
1..7 光线追迹计算............................................................................................................. 7
第二章 平行光管物镜手工计算 .............................................................................................. 8