透镜转像望远系统

《透镜转像望远系统》由会员分享，可在线阅读，更多相关《透镜转像望远系统（27页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、电气工程学院课程设计说明书设计题目：设计题目： 透镜转像望远系统 系系 别：别： 年级专业：年级专业： 学学 号：号： 学生姓名：学生姓名： 指导教师：指导教师： 教师职称：教师职称： 电气工程学院电气工程学院课程设计课程设计任务书任务书课程名称： 光学仪器基础课程设计 基层教学单位： 自动化仪表系 指导教师：学号学生姓名（专业） 班级 设计题 目透镜转像望远系统设 计 技 术 参 数视放大率为 8 倍 视场角 2w=10 出瞳直径 D=4mm 渐晕系数 K=1/4 入瞳距离 Lz=-50mm 镜筒长度 L=1000mm 要求物镜本身校正球差、慧差、轴向色差。 入瞳位置不在物镜上。设 计 要

2、求计算望远物镜的各个参数； 上机用软件进行优化，确定最后的设计结构，满足像差要求参 考 资 料1、刘钧，高明编著， 光学设计 ，2006，西安电子科技大学出 版社，西安 2、光学仪器设计手册 ，1971，国防科技出版社，北京 3、光学设计软件 ZEMAX应 完 成 内 容6.20-6.21 计算设计处望远物镜的各个参数6.22-6.23 上机进行优化设计，确定最后的设计结构6.28 答辩指导教 师签字基层教学 单位主任 签字 说明：1、此表一式三份，系、学生各一份，报送院教务科一份。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 教务科目录目录第一章 设计要求.1 第二章 基本

3、原理及参数计算.21.望远系统的尺寸计算.22.用 PW 法计算物镜.63.用 PW 法计算目镜. .10 第三章 像差优化及分析.111.初始像差.142.优化后像差.183.像差比较及分析.21 第四章 总结.22 第五章 参考文献.23第 1 页 共 29 页第一章第一章 设计要求设计要求望远系统是用于观察远距离目标的一种光学系统，相应的目视仪器称为望 远镜。望远系统一般是由目镜和物镜组成的，有时为了获得正像，需要在物镜 和目镜之间加一棱镜或者透镜式转像系统。本课程设计的内容即为透镜式转像 系统。该透镜转像望远系统的设计要求如下：视放大率为 8 倍 视场角 2w=10 出瞳直径 D=4m

4、m 渐晕系数 K=1/4 入瞳距离 Lz=-50mm 镜筒长度 L=1000mm 要求物镜本身校正球差、慧差、轴向色差 入瞳，出瞳位置不在物镜与目镜上面第 2 页 共 29 页第二章第二章 基本原理及参数设计基本原理及参数设计1.望远系统的尺寸计算所谓透镜转像系统，就是放置在物镜实像面后的使像再一次倒转成为正像 的透镜系统。它的物平面和物镜的像平面重合，像平面与目镜的前焦面重合。 在有些光学系统中，如潜望镜，内窥镜需要放置透镜转像系统以增加仪器的筒 长。由于在这种结构在=-1 的时候其像差校正及加工、装调都比较方便，又容易获得满意的像质，所以在本课设中采取这种双组透镜的结构。原理图如下页 所示

5、。 （1）各镜组的焦距由于两个镜组之间是平行光，第一镜组的前焦面和物镜的后焦面重合， 第二镜组的后焦面与目镜的前焦面重合，所以转像组的通光直径等于物镜的像 面直径。 由于转像系统不改变放大倍率，则可以把这个系统看做物镜 L1 和目镜 L5的焦距之比。即有15 0ff ，（-8）*（-1）=80 L3 和 L4 构成=-1 的透镜转像组，有3f=4f，由于 L1，L2 和 L3 构成一个望远系统，有1 3 3D Df f.(1-1)据要求转像系统透镜的口径与物镜面直径要相等 212tgfD(1-2)由公式 1 ，2 得 2331142Dtg DDffff ，再从图中可以解得， 211 04 21

6、10K tgLDffDD =8*4=32mmtg=0.087488663, L=1000mm 将第 3 页 共 29 页代入数据得 1f的值为 201.11mm第 4 页 共 29 页KD入 瞳孔径光阑分 划 板 1f3fd 4f5fLDD1L2L3L4L5L出 瞳 3zUzl zl第 5 页 共 29 页将1f的值代入式 1-1，得到2 342 0.08748863221.2032ff 214 (1) 0.087488663401.11331.7032d 15 025.1375ff 计算结果L=201.1+221.20+331.70+221.20+25.1325=1000.338693mm与

7、设计要求相差不多，在误差允许范围内，计算无误。 （2）各透镜所成的像场镜 L2 应使物镜出瞳与转像组的入瞳相重合，系统的孔径光阑位于 L3与 L4 的中间，其入瞳位置3zl由高斯公式求出 333111zzllf代入数据，解得3221.20 165.8506=662.803mm221.20 165.8506ZL由转像组的入瞳到场镜的距离为 233=221.20662.803=884.003zzfLLmm已知150zzllmm ，因而整个系统的距物镜 L，所成像的像距为11 111201.1150)66.544201.11 50zzzmmflLfl 因而有21166.544201.11267.65

8、4zzmmfll 22 2 22267.654*884.003205.4495267.654884.003zzzzmml lfll44 444165.8506*221.20662.81165.8506221.20zzzmmflLfl 5445662.8103(221.2025.1375)909.1478zzmmffll 第 6 页 共 29 页55 555909.1478*25.137525.852884.0103zzzzmmflllfl（3）各透镜组的横向尺寸A.轴外光束在物镜上的通光直径为22 ( 50) ( 0.08788663)0.25*3216.7488663wztgKDmmlD 轴

9、上光束在物镜上的通光孔径为0032mmDD故物镜通光孔径为032DDmmB.场镜的通光直径2122*201.11*0.008748866335.1897tgmmfDC.转像组通光直径34235.1897DDDmmD.分划板通光直径235.1897rDDmmE.目镜通光直径为 522*25.852*8*0.0874886630.25*436.1881ztgKDmmlD第 7 页 共 29 页2.用 PW 法计算物镜望远物镜是望远系统的一个组成部分。它的光学特性具有以下两个特点： （1）相对孔径不大 在望远系统中，入射的平行光束经过系统以后仍为平行光束，因此物镜的 相对孔径和目镜的相对孔径是相等的

10、。由实用的望远镜可以知道，1 5D f 目所以，望远物镜的相对孔径约为 1/5. （2）视场较小望远物镜的视场角和望远目镜的视场角以及系统的视放大率有以下关系：tgtg由于目镜的视场大都下于，这就限制了物镜的视场不可能太大，一般小于 10 用 PW 法确定物镜参数的过程如下：由前述计算过程可知，该物镜的焦距为 201.11mm，孔径光阑 D=32mm。 1.选型该物镜的视场角相对较小，所以轴外相差不大，主要需校正的像差为球差， 正铉差和位置色差。本课设采用双胶合型透镜。 2.确定基本像差参量据设计要求，球差，正弦差和位置色差都不存在，即有2002010 210 210KkkskkFCkkSLn uSn ulCn u A由于kn，ku均不为 0，则有430pSh_ 222121200JShWCh 可得基本像差参量p ，_ W，IC均为 0。第 8 页 共 29 页3.求0P在日常生活中，常用的玻璃有冕牌玻璃，火石玻璃等。本课设中，采用冕牌在前火石 在后的结构。2020.850.10.850.2pW P WP 上述公式为0P的计算方法，由于采用了冕牌玻璃，故采用第一种算法，解之得0P=-0.00854.选取基本参数根据0P，IC的值从光学仪器设计手册中查得玻璃组合。当选用K7（n=1.5147） ，ZF3（n=1.7172）时，其0P与上面所求的0P值接近，故选用