《内调焦望远物镜的设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《内调焦望远物镜的设计（18页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、设计题目 系别 年级专业 学号 学生姓名xxxxx电气工程学院课程设计说明书内调焦望远物镜的设计工业自动化仪表XX级仪表x班指导教师：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基层教学单位：自动化仪表系指导教师：王志斌号 学目 题 计 设设计技术参数00 为慧0 相校镜 5,身物 21本在 镜置 F物立 距求 O更Al设计要求求 要 差 像 足 满参 考 资 料i人亠乐 申97 蓉计ZE 编设件 明 器软 高安仪计 ，西学设 , M与 rnu 一 一 /ru 文社 光 、 、 、 1 2 3次 周周一第周二 第应完成内容,构 计结 设计指导教 师签字
2、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 教务科目录第一章 摘要4 第二章 设计原理42.1内调焦望远镜的外形尺寸计算 42.2双胶合物镜 5 第三章 初始结构参数的计算 63.1结构类型的选择63.2前组双胶合透镜的参数和像差求解63.3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，焦距八215mm，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
3、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G-1)式中，L是筒长；f焦距等效距离。（1-2）在望远镜做测距用时，测距方
4、程为s = KI + c s 式中，s是被测距离；1是读轮的读数，一般去K=100； cs是常数。 用望远镜测距时，用满足准距条件fL 2d + Lt = 0 时，c = 05+ f1式中，5是前组到转轴的距离，一般取5= - +（1520）mm.。2 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。为求出三个未知量彳,/；和d,需解下述三个方程组f + f +d(1-3)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；f
5、i为物镜前组焦距, f 为调焦镜焦距。22.2 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所示表 1 双胶合物镜的
6、焦距与相对孔径对应关系表f501001502003005001000D1： 31： 3.51： 41： 51： 61： 81： 10一般双胶合物镜的最大口径不能超过100mm，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f = 215mm通光口径D = 35mm视场2 o =
7、1.5。用内调焦望远镜物镜的公式G-3）计算物镜外形尺寸，有上述公式可得。前组焦距：f1 = 145mm后组焦距：丁2 = -53mm两组之间的间隔： d = 78mm 对应的组合焦距和系统长度为：f = 215mmL = 150mm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：f 145 = 4.1D= 35丿1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D 2。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:调焦组的相对孔径为：D1612 = =- f 5
8、3 3.32D= D 口 = 35吗8 = 162 1 f1145可以看出 满足设计要求。由于物镜要求的视场角很小（2o = 1.5。），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亦即Ks0=1工 S = 0/2T2nk uk=L工S = 0 2n u TT
9、 kk1 工 C = 0 2T由此可得基本像差参量为再求 P 。由公式0T= h 4 3 PJ 0( 、竖+冬I V1 V2 丿（1-4）（1-5）pg- 0.85（W + 0.1）2pg- 0.85（Wg + 0.2）2我们选择用冕牌玻璃进行计算。取W0 = -01，带入G-5），可得P = 0 - 0.85（0 + 0.11 = -0.00850 _根据P和CT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P =0.038。从附录 2 差得 K9 镜组的各系数为P =0.038319，0o =2.009404，1根
10、据公式：P0 =0n =1.5163）和 ZF2（ n =1.6725）组合的双胶合薄透 12Q =-4.284074, W =-0.06099 00 并取 A =2.44, K =1.72iPg -PQ 土00 AW g- w Q +00 K（1-6）可得 q = q =-4.284074, wg= W =-0.0609900从而求得各面的曲率nk uk八 n 申 c /1.5163 x 2.0094.p = Q += -0.4284 += 1.61731n -11.5163-11p2 = Q + *1 = 2.2748p = Q +1= -0.77373n -1 n -122再由公式求出球
11、面半径好像差计算r1f = 215 叮 1.6173=89.66mmr2f =215p J-22747=-63.74mmf215r =f = 185.43mm3 p - 0.77373根据半径数值和通光口径的要求，确定透镜的厚度。d = 9.5 mm1d = 6 mm2d = 105 mm33.3 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：P = W = C = 0 再根据h申的规划公式，显然有：P=W = c = o由公式对后组来说W
12、 = W 1)+ u12(5 + 2卩)卩8 = P_(1-7 )f = _53mm , l = f1_ d = 145 _ 78 = 67 mm f53将 P= W = 0 u1 = 0.791h =厉= -0.791 代入(1-7),可求的ps = 2.89；W s = 2.05由公式G-5）求的 Po = Ps -0.85Ws -wj2 = -0.73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r4r = -42 79mm5r = 53.03mm6d = 2.4mm4d = 5 mm5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
13、构参数主要技术指标结构D _ 1 厂4.1 f = 215mm2w = 1.5。D = 35mmVLtjIV面号r /mmd/mmnDV玻璃189.662-63.749.51.516364.1K93185.5461.672532.2ZF245-42.792.41.647333.9ZF1653.0321.568856.0BaF7第四章 使用ZEMAX软件优化优化前的各种曲线图： Oil -I.口UGI kihit = 匕m匕 2：11 r i hli_ u iLIZNS l ins NO TITLE .SLIN J- UfJ N 白 2EJ L LMFlX IMUM SC：HL E : 古 迂0G3 , E3EIQ 卜 1 工匚 RONS .0 . H060 5aE； 0 . t-Se-埜貯胡曲応幻舶Dl?DESt.：TClPL I LEHS2.M.C Q N F ZE G U R R T T O N L 口戶 1像差特性曲线图hJgidg SvraniE Pm Wndcsw Tisri Zc-amOKTI .CE3G 口 gOBJ： H仃由匚IPT 工匚:AL PIX
