光学课程设计--双筒棱镜望远镜设计

《光路设计》

课程设计报告

题目：双筒棱镜望远镜设计

院（系）：信息科学与工程学院

专业班级：光电1202班

学生姓名：

学号：20101182117

指导教师：

20 14 年 12 月 29 日至20 15 年 1 月 9 日

设计任务与要求 (3)

设计步骤 (4)

一、外形尺寸计算 (4)

二、光学系统选型 (6)

三、物镜的设计 (7)

1、用PW法计算双胶合物镜初始结构： (7)

（1）求h，z h，J (7)

（2）求平板像差 (7)

（3）求物镜像差 (7)

（４）计算Ｐ，Ｗ (8)

（５）归一化处理 (8)

（６）选玻璃 (8)

（７）求形状系数Ｑ (9)

（８）求归一化条件下透镜各面的曲率 (9)

（９）求薄透镜各面的球面半径 (9)

（１０）求厚透镜各面的球面半径 (9)

2、物镜像差容限的计算 (10)

3、物镜像差校正 (11)

4、物镜像差曲线 (13)

四、目镜的设计 (14)

1、用PW法计算凯涅尔目镜初始结构 (14)

（１）接目镜的相关参数计算 (14)

（2）场镜的相关参数计算 (15)

2、目镜像差容限的计算 (16)

3、目镜像差校正 (17)

4、目镜像差曲线 (20)

五、光瞳衔接与像质评价 (20)

1、光瞳衔接 (20)

2、像质评价 (21)

3、总体设计评价 (21)

学习体会 (22)

设计任务与要求

设计题目：双筒棱镜望远镜设计

设计技术要求：双筒棱镜望远镜设计，采用普罗I型棱镜转像，系统要求为：

1、望远镜的放大率Γ＝6倍；

2、物镜的相对孔径D/f′＝1：4（D为入瞳直径，D＝30mm）；

3、望远镜的视场角2ω＝8°；

4、仪器总长度在110mm左右，视场边缘允许50%的渐晕；

5、棱镜最后一面到分划板的距离>＝14mm，棱镜采用K9玻璃，两棱镜间隔为2～5mm。

6、lz ′>8～10mm

设计步骤

一、外形尺寸计算

由入瞳直径30D mm =及相对孔径

1:4D

f =，可得：物镜焦距'

14120f D mm =?=

由6Γ=，知：

出瞳直径'

D mm =

=Γ

目镜焦距''12

120206

f f mm ===Γ 由物方视场2ω=8，可得：

目镜通光口径'

''31

[()]222.084

D D f f tg mm ω=++?= 分划板直径'

21216.7824D f tg mm =ω=

分划板半径

8.39122

D = 又由：'

64tg tg tg ω=Γω=，可得：

像方视场'

245.5ω=

该望远系统采用普罗I 型棱镜转像，普罗I 型棱镜如下图：

将普罗I 型棱镜展开，等效为两块平板，如下图：

由设计要求：视场边缘允许50%的渐晕，可利用分划板拦去透镜下部25%的光，利用平板拦去透镜上部的25%的光，这样仅有透镜中间的50%的光能通过望远系统，使像质较好。在上图中截取平板拦光部分的梯形进行研究，如下图，可得比例关系：

7.51208.39127.5120

h a

--=

其中a 为第二块平板的后表面到分划板的距离，根据要求，可取 14a mm =。

解得：8.287h mm =

由此可得：

等效平板厚度216.574D h mm ==

所以棱镜展开的实际厚度：33.148L KD mm ==

考虑到棱镜的装配，取33.5L mm =

因此，等效空气平板厚度33.522.11.5163

L d mm n =

== 考虑到棱镜通光口径有限，因此需考虑到全孔径全视场的光线要能通过棱镜的第一个面（如下图），则物镜到第一个棱镜前表面的最小距离必须满足：

8.3912

7.5

120

1/2f c h D f -= 其中_

c 为物镜到第一个棱镜前表面的最小距离。

代入数据，得：

8.28712015120

解得：_

53.7c mm =

因为实际物镜到第一个棱镜前表面的距离c 满足：

120259.8c a b d mm =---=

其中b 为普罗I 型棱镜系统的两棱镜的距离，根据要求，取2b mm = 由_

c c >知，设计满足实际棱镜通光口径的限制。

二、光学系统选型

根据设计技术要求与外形尺寸计算结果：

物镜：'/1:4D f =，28ω=，'

120f mm =

目镜：'20f mm ='

245.5ω=，5D mm =，'8~10z l mm >

查阅相关光学手册，可知双胶合物镜与凯涅尔目镜满足设计任务要求。相关的结构特点，像差特性和光学性能如下：

双胶合望远物镜(图1)的特点是结构简单，制造和装配方便，光能损失较小。玻璃选择得当，可以同时校正球差，正弦差和色差。当高级球差得到平衡时，胶合面的曲率较大，剩余的带球差偏大。因而，双胶合物镜只适用于小孔径的使用场合。常见的孔径如表所示。考虑到胶合面有脱胶的概率，双胶合物镜的口径不宜过大，最大口径为100mm 。双胶合物镜能适应的视场角不超过10。

凯涅尔目镜（图2）是在冉斯登目镜基础上发展起来的，它把接目镜改成了双胶镜。增加一个胶合面变数用来校正倍率色差，且在校正倍率色差的同时可以把场镜和接目镜的间隔进一步减小，从而取得结构缩短，场曲减小的效果。凯涅尔目镜的成像质量优于冉斯登目镜，它能适用的视场也大于冉斯登目镜。

凯涅尔目镜的光学性能是：视场240~50ω=，相对镜目距''

/1/2p f =。

三、物镜的设计

1、用PW 法计算双胶合物镜初始结构：（1）求h ，z h ，J

入瞳半径152

h mm =

= 第二近轴光线在入瞳的入射高度0z h = 拉赫不变量''

18.3912 1.0489120

J nuy n u y ===??= （2）求平板像差

310.006096IP n S d u n

-=-=-

0.003404z

IIP IP u S S u

= ()2

10.003667IP d n C u n ν-=-=-

其中：

33.5267d mm =?= 1.5163n = 15

0.125120

u =

= 4

180

z u π=

? （3）求物镜像差

图 2 凯涅尔目镜的光学结构

物镜像差要与平板像差以前校正，因此物镜与平板相应的像差之和应为零：

0.006096I IP S S =-= 0.003404II IIP S S =-=- 0.003667I IP C C =-=

（４）计算Ｐ，Ｗ

由I S hP =，II z S h P JW JW =+=

得0.0004064I S P h =

=，0.0032453II S

W J

==- （５）归一化处理

()

___

0.20808P

P h ?=

()

___

0.2077W

W h ?=

___

0.001956I

C C h ?

= 又望远物镜物在无穷远，所以：

______

P P ∞

______

W W ∞

可得：

___00.850.10.19822P P W ∞∞

??=-+= ???（冕牌玻璃在前）

___00.850.20.20803P P W ∞∞

??=-+= ???

（火石玻璃在前）

（６）选玻璃

根据___

0.001956C =与0P 的值查光学设计手册，可知F4-K3玻璃对在___

0.002C =时，

00.217434P =，与计算结果相当接近，因此双胶合物镜选F4-K3玻璃对。

根据光学手册关于F4-K3玻璃对的详细信息：

00.217434P =，0 5.087553Q =，00.224789W =-

1 1.112774?=-， 2.434539A =， 1.717269K =

1 1.6199n =，

2 1.5046n =

（７）求形状系数Ｑ

0Q Q = __0

0W W Q Q K

∞

-=+

因__P ∞

＜0P ，取下式的Ｑ值，得：

5.0925Q =

（８）求归一化条件下透镜各面的曲率

11 2.18471

n Q n ?ρ=+

=- 21 3.9797Q ρ?=+=

213221

0.207311

n Q n n ?ρ=+

-=--- （９）求薄透镜各面的球面半径

111

54.93f r mm ρ=

122

32.15f r mm ρ=

133

578.9f r mm ρ=

（１０）求厚透镜各面的球面半径物镜外径的确定。

根据设计要求：30D mm =。物镜用压圈固定，其所需余量由光学设计手册查得为2mm ，由此可得物镜的外径为32mm 。

光学零件的中心厚度及边缘最小厚度的确定。为了使透镜在加工过程中不易变形，其中心厚度与边缘最小厚度以及透镜外径之间必须满足一定的比例关系：对凸透镜：高精度 37d t D +≥

中精度 614d t D +≥

其中还必须满足0.05d D >

对凹透镜：高精度 82d t D +≥且0.05d D ≥

中精度 164d t D +≥且0.03d D ≥

式中，d 为中心厚度，t 为边缘厚度。

根据上面公式，取高精度可求出凸透镜和凹透镜的厚度。

凸透镜：()23

310

D x x t -+=

式中2x 、3x 为球面矢高，可由下式求得：

x r =式中人为折射球面半径，D 为透镜外径。

凸透镜最小中心厚度为112d x t x =++ 同理可得：

凹透镜：()

21810

D x x t +-=

凹透镜最小中心厚度112d t x x =-+

代入物镜的相关参数，可得1 2.6d mm =，2 6.0d mm = 2、物镜像差容限的计算

根据瑞利判断准则，系统所产生的最大波像差由焦深决定。令其小于或等于1

波长，即可得到边光球差的容限公式为：'

''2

4m m

L n u λ

δ≤

对边光校正好球差后，0.707带的光线具有最大的剩余球差。即'

0m L δ=时的带光球差

容限为'

0.707''2

60.2262m

L mm n u λ

δ≤

= 实际上，边光球差未必正好校正到零，需控制在焦深范围内。固此时边光球差的容限为1倍焦深。即：'

''20.0377m m

L mm n u

δ≤

类似与球差，其它像差容限为：位置色差：'

''20.0377FC m

L mm n u λ

?≤

正弦差：0.0025SC ≤

弧矢彗差：'

0.02S K SC y mm =?≤

1x 2x 3x -

t D

3、物镜像差校正

考虑到价格问题，我在进行像差校正时透镜半径全部选用了价格最便宜，使用最多的250系列标准半径，并且很好的校正了像差。最终的结果如下：

-------输入数据--------

1.初始参数

物距半视场角(°) 入瞳半径

0 4 15

系统面数色光数实际入瞳上光渐晕下光渐晕

7 3 0 1 -1

理想面焦距理想面距离

0 0

面序号半径厚度玻璃

STO 60.2600 1.500 1

2 32.2100 8.000 F4

3 -304.8000 54.000 K3

4 0.0000 33.500 1

5 0.0000 2.000 K9

6 0.0000 33.500 1

7 0.0000 14.546 K9

☆定义了下列玻璃:

K3 1.504558 1.510019 1.502222

K9 1.5163 1.521955 1.513895

F4 1.6199 1.632096 1.615036

-------计算结果--------

1.高斯参数

有效焦距(f') 后截距(L') 前截距(L) 像距(l')

120.18450 14.54584 -119.33743 14.54584

入瞳距离(lz) 出瞳距离(lz') 近轴像高(y') 放大率( )

0.00000 -106.49164 8.40412 0.00000

入瞳直径(D) 出瞳直径(D') 拉赫不变量(J) 像方孔径角(U')

30.00000 30.21292 -0.31467 0.12481 2.像差

***零视场像差***

1H 0.85H 0.707H 0.5H 0.3H 0H

球差 '

L δ -0.0127 -0.0695 -0.0784 -0.0548 -0.0231 0.0000 弥散园 '

R L δ -0.0016 -0.0074 -0.0069 -0.0034 -0.0009 0.0000

F 光球差 'F L δ 0.1049 0.0089 -0.0290 -0.0356 -0.0220 -0.0087 C 光球差 C L δ 0.0170 -0.0258 -0.0244 0.0100 0.0483 0.0749

轴向色差 '

FC L δ 0.0879 0.0347 -0.0046 -0.0456 -0.0703 -0.0836

***D 光各视场像差***

相对视场 KT'1.0H KT'.7H KT'.3H KS'1.0H KS'.707H KS'.3H

1 -0.0154 -0.0021 0.000

2 -0.0017 0.0001 0.0001

0.85 -0.0130 -0.0018 0.0002 -0.0015 0.0000 0.0001

0.7071 -0.0107 -0.0014 0.0002 -0.0013 0.0000 0.0001

0.5 -0.0075 -0.0010 0.0001 -0.0010 0.0000 0.0001 0.3 -0.0045 -0.0006 0.0001 -0.0006 0.0000 0.0000 4、物镜像差曲线

四、目镜的设计

1、用PW 法计算凯涅尔目镜初始结构目镜为放大系统，需反向设计。（１）接目镜的相关参数计算根据经验，可知：

接眼镜的焦距''

2121.224f f mm ==

由于场镜对像差没有影响，固接眼镜的初级像差满足：

_______0II z S h P J W ∞

∞=?+=

_______2220III Z z S h P Jh W J ∞

∞

=?++=

又：2

_____00.850.15P P W ∞∞

=++ ???

联立以上三式,得：

z h =

___W ∞

=-由设计要求： 8~10z l mm >，取10z l mm =-，可得：

'21

0.415z

z l l f =

=- __

____

0.415z z z h l u =?=

代入__

z h ，___W ∞

的方程，可解得：

00.929P = ___ 2.5243W ∞

又Q 满足：

___0

0 1.67

W W Q Q ∞

-=+

带入数据，得：

2.6164Q =

又：___

0II z C h h C =??Φ?=

所以：0I C =

查找光学设计手册，可知：56ZF ZK -玻璃对满足要求。由此可得各曲率半径及厚度（计算方法及公式同物镜）：

158.09r mm = 214.29r mm = 316.19r mm =- 1 1.5d mm = 2 4.5d mm =

（2）场镜的相关参数计算

由接眼镜成像规律，目镜出瞳与其经接眼镜成的像满足：

''1121

111Z Z l l f -= 由上文知110Z l mm =-，''

2121.224f f mm ==，解得：

'117.2Z l mm =-

场镜与接眼镜距离取18mm ，则：

'2135.2Z Z l l d mm =-=-

1'z l - 1z l

d 2z l - '

f l

考虑到接眼镜的厚度以及场镜的主面，2Z l 应取42mm - 物镜像平面与场镜平面应满足'2f l mm >，取'5f l mm =，则：

'2125Z l mm =

由光瞳的衔接知，物镜经过场镜成的像与目镜出瞳经过接眼镜成的像重合，所以：

''2

Z Z l l f -

解得场镜焦距：'

2231.4f mm =

又由光焦度与透镜曲率半径的关系：

()()451n ρρΦ=--

其中：'22

1f Φ=

1.5163n =

50ρ=

解得：44

16.21r mm ρ==

2、目镜像差容限的计算

30~60

1.5λ

表中'2f 为目镜焦距

目镜实际像差容限：

K的容限为上表数据的2倍。

考虑到视场边缘有50%的渐晕，子午彗差'

K只需考虑相对视场与相对孔径的乘积小于等于0.5的情况。由于渐晕的存在，子午彗差'

实际像差容限如下：

3、目镜像差校正

-------输入数据--------

1.初始参数

物距半视场角(°) 入瞳半径

0 22.75 2.5

系统面数色光数实际入瞳上光渐晕下光渐晕

5 3 -10 0.5 -0.5

理想面焦距理想面距离

0 0

面序号半径厚度玻璃

STO 33.7300 1.500 1

2 13.0620 4.500 ZF5

3 -20.5100 15.300 ZK6

4 16.2930 4.500 1

5 0.0000 3.405 K9

☆定义了下列玻璃:

K9 1.5163 1.521955 1.513895

ZF5 1.7398 1.758714 1.732434

ZK6 1.6126 1.619999 1.609499

-------计算结果--------

1.高斯参数

有效焦距(f') 后截距(L') 前截距(L) 像距(l')

19.63229 3.40469 -6.80133 3.40469

入瞳距离(lz) 出瞳距离(lz') 近轴像高(y') 放大率() -10.00000 123.90078 8.23250 0.00000 入瞳直径(D) 出瞳直径(D') 拉赫不变量(J) 像方孔径角(U') 5.00000 -30.68825 -0.31450 0.12734

2.像差

***D光各视场像差***

相对视场 Lz1 Lz2 Yz' Xt' Xs' Xts'

1 -10.0000 55.7824 -7.9408 0.4033 -1.0487 1.4520

0.85 -10.0000 66.2474 -6.7905 0.2089 -0.7540 0.9629

0.7071 -10.0000 77.5490 -5.6899 0.1119 -0.5218 0.6338

0.5 -10.0000 95.5197 -4.0652 0.0418 -0.2620 0.3038

0.3 -10.0000 111.9562 -2.4581 0.0123 -0.0948 0.1071

z Y δ '

z Y F δ '

z Y C δ

'yFC ? 'T L δ 'S L δ

1 0.2917 0.3039 0.2830 0.0209 -0.0299 -0.3101

0.85 0.2071 0.2220 0.1982 0.0238 -0.1898 -0.3069

0.7071 0.1313 0.1462 0.1230 0.0232 -0.2516 -0.3043

0.5 0.0510 0.0634 0.0445 0.0188 -0.2851 -0.3013

0.3 0.0116 0.0197 0.0075 0.0122 -0.2953 -0.2996

KT'1.0H KT'.7H KT'.3H KS'1.0H KS'.707H KS'.3H

1 -0.022

2 -0.0072 -0.0008 0.0076 0.0037 0.0007

0.85 0.0044 0.0037 0.0009 0.0082 0.0040 0.0007

0.7071 0.0128 0.0070 0.0013 0.0075 0.0036 0.0006

0.5 0.0134 0.0068 0.0012 0.0055 0.0027 0.0005

0.3 0.0090 0.0045 0.0008 0.0033 0.0016 0.0003

4、目镜像差曲线

五、光瞳衔接与像质评价

1、光瞳衔接

根据物镜、目镜像差校正后的高斯参数可知：

物镜像距：'

114.55l mm =

物镜出瞳距：1106.49Z l mm =-

目镜像距：'

2 3.40l mm =

目镜出瞳距：2123.90Z l mm = 如上图，为了保证光瞳的衔接，必须满足：

121210Z Z l l l l mm ++-≤

代入数据，知：

''12120.5410Z Z l l l l mm mm ++-=<

满足光瞳衔接要求。

双筒棱镜望远镜设计

汉口学院《应用光学》课程设计报告报告题目：双筒棱镜望远镜设计$ 学生姓名：学号：专业班级：授课老师： | 二O一四年十一月

双筒棱镜望远镜设计设计任务与要求双筒棱镜望远镜设计，采用普罗I型棱镜转像，系统要求为： 1、望远镜的放大率Γ＝6倍； 2、物镜的相对孔径D/f′＝1：4（D为入瞳直径，D＝ 30mm）； · 3、望远镜的视场角2ω＝8°； 4、仪器总长度在110mm左右，视场边缘允许50%的渐晕； 5、棱镜最后一面到分划板的距离>＝14mm，棱镜采用K9玻璃，两棱镜间隔为2～5mm。 6、lz ′>8～10mm 目录一、外形尺寸计算）二、初始结构的选型三、物镜初始结构参数的计算四、物镜zemax的初始上机数据及像差图示五、物镜zemax的校正数据及像差图示

设计步骤一、 — 二、外形尺寸计算已知望远镜参数： Γ＝6，入瞳直径30D mm =，相对孔径 ' 1:4D f =，2ω＝8°，L=110mm ；视场边缘允许50%的渐晕；棱镜最后一面到分划板的距离>＝14mm 1、求1'f ，2'f 物镜焦距'14120f D mm =?= 目镜焦距''12 120 206 f f mm == =Γ ~ 2、求' D 出瞳直径'5D D mm = =Γ 3、求视场直径 16.7824mm =tan4f 2=D '1 ??视 4、求目镜视场 5.452tan =tan ''=?Γωωω 该望远系统采用普罗I 型棱镜转像，普罗I 型棱镜如下图： 2ω

》将普罗I型棱镜展开，等效为两块平板，如下图：无渐晕时候，，现在有25%的渐目镜口径D 目晕，所以由设计要求：视场边缘允许50%的渐晕，可利用分划板拦去透镜下部25%的光，利用平板拦去透镜上部的25%的光，这样仅有透镜中间的50%的光能通过望远系统，使像质较好。

扬大工程光学课程设计20140412

工程光学课程设计班级学号姓名一、目的了解光学系统外形尺寸计算在光学系统设计中的作用，学习和掌握外形尺寸计算的内容和一般方法。根据使用要求确定光学系统整体结构尺寸的设计过程称为光学系统的外形尺寸计算。光学系统的外形尺寸计算要确定的结构内容包括系统的组成、各光组元的焦距、各光组元的相对位置和横向尺寸。外形尺寸计算基本要求：第一，系统的孔径、视场、分辨率、出瞳直径和位置；第二，几何尺寸，即光学系统的轴向和径向尺寸，整体结构的布局；第三，成像质量、视场、孔径的权重。二、要求对题中所涉及的光学系统 ⑴按照工作原理正确作出光路图并能正确描述； ⑵完整叙述及列举计算的过程，步骤要详细不能省略中间中程； ⑶完成设计报告三、内容（一）只包括物镜和目镜的望远系统计算一个镜筒长L=f1′+f2′=200+（学号最后两位）mm，放大率Γ= -24+（学号最后一位），视场角2ω=1°40′的刻普勒望远镜的外形尺寸。 1、求物镜和目镜的焦距；

图1只包括物镜和目镜的望远系统结构图 2、求物镜的通光孔径D1。可根据望远系统的有效放大率求出D1。 3、求出瞳直径D1’； 4、视场光阑的直径D3； 5、目镜的视场角2ω′； 6、求出瞳距lz′； 7、求目镜的口径D2； 8、目镜的视度调节（目镜相对视场光阑的移动量x）； 9、选取物镜和目镜的结构。（二）带有棱镜转像系统的望远镜双筒棱镜望远镜设计，采用普罗I型棱镜转像，系统要求为： 1、望远镜的放大率Γ＝8倍； 2、物镜的相对孔径D/f′＝1：4（D为入瞳直径，D＝30mm）； 3、望远镜的视场角2ω＝10°； 4、仪器总长度在110mm左右，视场边缘允许50%的渐晕； 5、棱镜最后一面到分划板的距离 14mm，棱镜采用K9玻璃，两棱镜间隔为2～5mm。 6、lz′=8～10mm 要求计算棱镜转像望远镜的各类尺寸

望远镜系统结构设计

光学课程设计望远镜结构系统设计姓名:曾茂桃班级:光通信082 学号:2008031126 指导老师:张翔

摘要该报告运用应用光学知识，了解望远镜的历史,在工作原理的基础上，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。并应用光学设计软件对系统误差、成像质量进行理论分析。初级像差理论与像差的校正和平衡方法，像质评价与像差公差，光学系统结构参数的求解方法。望远物镜设计的特点、双胶合物镜结构参数的求解和光学特性。目镜设计的特点、常用目镜的型式和像差分析等都有了一个明确的简要的介绍。关键字：望远镜物镜目镜放大率分辨率内调焦望远镜 PW法光栅

目录一概述…………………………………………………………页二望远镜尺寸设计与分析…………………………………页2.1 望远镜的简述…………………………………………………………页2.2 望远镜的主要特性分析………………………………………………页三分物镜组与目镜组的选………………………………………………页 3.1望远镜物镜需要消除的像差类型及主要结构形式…………………页3.2双胶物镜和双分离物镜………………………………………………页 3.3内调焦望远镜…………………………………………………………页四.目镜组的主要种类及其结构：………………………….. 页 4.1惠更斯目镜……………………………………………………………页4.2冉斯登目镜……………………………………………………………页 4.3Porro、Roof棱镜结构及其特点…………………………………页五.望远镜像差设计PW法………………………………….. 页 5.2物体在有限距离时的P,W的规化……………………………………页5.5用C ,表示的初级像差系数………………………………………页 P, W 六.光学系统中的光栅分析……………………………………页

光学课程设计——望远镜系统-精品

光学课程设计——望远镜系统-精品 2020-12-12 【关键字】情况、方法、条件、空间、领域、质量、传统、认识、问题、焦点、系统、有效、现代、良好、优良、透明、保持、了解、研究、特点、位置、关键、网络、理想、地位、基础、需要、环境、工程、负担、方式、作用、结构、关系、分析、调节、形成、满足、保证、维护、指导、强化、取决于、方向、适应、实现、减轻、中心、重要性望远镜系统结构设计指导教师：张翔专业：光信息科学与技术班级：光信息08级1班姓名：学号：目录第一部分设计背景 (1) 第二部分设计目的及意义 (1) 第三部分望远镜介绍 (1) 3.1望远镜定义 (1) 3.2望远镜分类及相应工作原理 (2) 第四部分望远镜系统设计 (3) 4.1开普勒望远镜 (3) 4.2望远镜系统常用参数 (4) 4.3外形尺寸计算 (6) 4.4伽利略望远镜 (8) 4.5物镜组的选取 (9) 4.6望远镜像差类型及主要结构 (10) 4.7双胶物镜与双分离物镜分析 (12) 4.8内调焦望远物镜分析 (14) 4.9目镜组的选取 (14) 4.10目镜主要像差及分析 (17)

4.11棱镜转像系统 (17) 4.12转折形式望远镜系统 (18) 4.13光学系统初始结构参数计算方法 (18) 4.14应用光学系统中的光栅 (20) 第五部分设计总结 (21) 第六部分参考文献 (21) 一．设计背景在现在科学技术中，以典型精密仪器透镜、反射镜、棱镜等及其组合为关键部分的大口径光电系统的应用越来越广泛。如：天文、空间望远镜；地基空间目标探测与识别；激光大气传输、惯性约束聚变装置等等。其中我国以高功率激光科研和激光核聚变研究为目的的光电系统——“神光二号”，颇具代表。“神光二号”对于未来的能源危机和我国的军事领域有着重要意义。二．设计目的及意义运用应用光学知识，了解望远镜工作原理的基础上，完成望远镜外形尺寸、物镜组、目镜组及转像系统的简易或远离设计。了解光学设计中的PW法基本原理。三．望远镜介绍 3.1 望远镜定义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。根据望远镜原理一般分为三种。一种通过收集电磁波来观察遥远物体的仪器。在日常生活中，望远镜主要指光学望远镜。但是在现代天文学中，天文望远镜包括了射电望远镜，红外望远镜，X射线和伽吗射线望远镜。近年来天文望远镜的概念又进一步地延伸到了引力波，宇宙射线和暗物质的领域。或者再经过一个放大目镜进行观察。日常生活中的光学望远镜又称“千里镜”。它主要包括业余天文望远镜，观剧望远镜和军用双筒望远镜。【望远镜基本工作示意图】 3.2 望远镜分类及相应工作原理 1．折射式望远镜是用透镜作物镜的望远镜。分为两种类型：由凹透镜作目镜的称伽利略望远镜；由凸透镜作目镜的称开普勒望远镜。因单透镜物镜色差和球差都相当严重，现代的折射望远镜常用两块或两块以上的透镜组作物镜。其中以双透镜物镜应用最普遍。它由相距很近的一块冕牌玻璃制

工程光学课程设计.

实习报告实习名称：工程光学课程设计院系名称：电气与信息工程专业班级：测控12-1 学生姓名：张佳文学号：20120461 指导教师：李静

黑龙江工程学院教务处制2014 年 2 月

工程光学课程设计任务书

目录 1摘要 ...................................................................... 错误！未定义书签。2物镜设计方案 . (1) 3物镜设计与相关参数 (2) 3.1物镜的数值孔径 (2) 3.2物镜的分辨率 (3) 3.3物镜的放大倍数 (4) 3.4物镜的鉴别能力 (4) 3.5设计要求参数确定 (4) 4 显微镜物镜光学系统仿真过程 (5) 4.1选择初始结构并设置参数 (5) 4.2自动优化 (5) 4.3物镜的光线像差(R AY A BERRATION)分析 (6) 4.4物镜的波像均方差(OPD)分析 (7) 4.5物镜的光学传递函数(MTF)分析 (8) 4.6物镜的几何点列图(Stop Diagrams)分析 (10) 4.7仿真参数分析 (11) 5心得体会 (11) 6参考文献 (12)

1摘要 ZEMAX是Focus Software 公司推出的一个综合性光学设计软件。这一软件集成了包括光学系统建模、光线追迹计算、像差分析、优化、公差分析等诸多功能，并通过直观的用户界面，为光学系统设计者提供了一个方便快捷的设计工具。十几年来，研发人员对软件不断开发和完善，每年都对软件进行更新，赋予ZEMAX更为强大的功能，因而被广泛用在透镜设计、照明、激光束传播、光纤和其他光学技术领域中。 ZEMAX采用序列和非序列两种模式模拟折射、反射、衍射的光线追迹。序列光线追迹主要用于传统的成像系统设计，如照相系统、望远系统、显微系统等。这一模式下，ZEMAX 以面作为对象来构建一个光学系统模型，每一表面的位置由它相对于前一表面的坐标来确定。光线从物平面开始，按照表面的先后顺序进行追迹，追迹速度很快。许多复杂的棱镜系统、照明系统、微反射镜、导光管、非成像系统或复杂形状的物体则需采用非序列模式来进行系统建模。这种模式下，ZEMAX以物体作为对象，光线按照物理规则，沿着自然可实现的路径进行追迹，可按任意顺序入射到任意一组物体上，也可以重复入射到同一物体上，直到被物体拦截。与序列模式相比，非序列光线追迹能够对光线传播进行更为细节的分析。但此模式下，由于分析的光线多，计算速度较慢。 ZEMAX 是一套综合性的光学设计仿真软件，它将实际光学系统的设计概念、优化、分析、公差以及报表整合在一起。ZEMAX 不只是透镜设计软件而已，更是全功能的光学设计分析软件，具有直观、功能强大、灵活、快速、容易使用等优点，与其它软件不同的是ZEMAX 的CAD 转文件程序都是双向的，如IGES 、STEP 、SAT 等格式都可转入及转出。而且ZEMAX可仿真Sequential 和Non-Sequential 的成像系统和非成像系统。 ZEMAX光学设计程序是一个完整的光学设计软件，是将实际光学系统的设计概念，优化，分析，公差以及报表集成在一起的一套综合性的光学设计仿真软件。包括光学设计需要的所有功能，可以在实践中对所有光学系统进行设计，优化，分析，并具有容差能力，所有这些强大的功能都直观的呈现于用户光学设计程界面中。而且工作界面简单，快捷，很方便的就能找到我们想哟实现的功能，ZEMAX功能强大，速度快，灵活方便，是一个很好的综合性程序。ZEMAX能够模拟连续和非连续成像系统及非成像系统。 2物镜设计方案消色差物镜(Achromatic)是较常见的一种物镜，由若干组曲面半径不同的一正一负胶合透镜组成，只能矫正光谱线中红光和蓝光的轴向色差。同时校正了轴上点球差和近轴点慧差，这种物镜不能消除二级光谱，只校正黄、绿波区的球差、色差，未消除剩余色差和其他波区的球差、色差，并且像场弯曲仍很大，也就是说，只能得到视场中间范围清晰的像。使用时宜以黄绿光作照明光源，或在光程中插入黄绿色滤光片。此类物镜结构简单，经济实用，常和福根目镜、校正目镜配合使用，被广泛地应用在中、低倍显微镜上。在黑白照相时，可采用绿色滤色片减少残余的轴向色差，获得对比度好的相片。消色差通常由两个分离的双胶组合透镜组成，这类物镜也称为里斯特物镜，它的倍率一般在6×至30×

工程光学课程设计

工程光学课程设计设计名称：工程光学课程设计院系名称：专业班级：学生姓名：学号：指导教师： XXX教务处制 20 13 年12 月

工程光学课程设计评分表最后成绩的以优（90~100）、良（80~89）、中（70~79）、及格（60~69）和不及格（少于60分）五级给出。

第1章引言 1.1 简单介绍对于实际的光学系统来说，它的成像往往是非完善成像，对于怎样来判断一个光学系统的性能的优劣，是光学设计中遇到的一个重要问题.在当前计算机辅助科研、教学的迅猛发展过程中，计算机辅助光学系统设计已成为光学设计不可缺少的一种重要手段.其中，由美国焦点软件公司所发展出的光学设计ZEMAX，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，是可以运算Sequential及Non-Sequential的软件.其主要特色有分析：提供多功能的分析图形，对话窗式的参数选择，方便分析，且可将分析图形存成图文件，例如：*.BMP, *.JPG等，且多种优化方式供使用者使用；公差分析：表栏式Tolerance参数输入和对话窗式预Tolerance参数，方便使用者定义；报表输出：多种图形报表输出，可将结果存成图文件及文字文件。但是，这里必须强调一点的是，ZEMAX软件只是一个光学设计辅助软件，也就是说，该软件不能教你怎么去进行光学设计，而只是能对你设计的光学系统进行性能的优化以达最佳成像质量所以，在应用本教程进行光学辅助设计之前，您最好先学习一下光学设计的有关知识：首先是几何光学基础，几何光学是光学设计的基础，要做光学设计必须懂得各种光学仪器成像原理，外形尺寸计算方法，了解各种典型光学系统的设计方法和设计过程.实际光学系统大多由球面和平面构成。记住共轴球面系统光轴截面内光路计算的三角公式，了解公式中各参数的几何意义是必要的，具体公式可参考有关光学书籍，在此就不一一介绍了。对于平面零件有平面反射镜和棱镜，它们的主要作用多为改变光路方向，使倒像成为正像，或把白光分解为各种波长的单色光.在光学系统中造成光能损失的原因有三点：透射面的反射损失、反射面的吸收损失和光学材料内部的吸收损失。其次是像差理论知识，对于一个光学系统，一般存在7种几何像差，他们分别是球差、彗差、像散、场曲、畸变和位置色差以及倍率色差.另外，还必须了解一点材料的选择和公差的分配方面的知识，以及一些光学工艺的知识，包括切割，粗磨，精磨，抛光和磨边，最后还有镀膜和胶合等。

望远镜光路设计

至今没有一个光学系统是完美的。为了平坦且清晰的成像，往往必须把光学系统设计的十分复杂。如此一来，不但透光度变差，还得付出很高的制造成本。因此简单的镜片组而且能保有高品质成像的光学系统是光学设计的努力目标。一个好的光学系统都出自设计者的巧思。它能在最简单的镜片组合下产生最佳的成像品质。不过在许多设计中，往往会遇到球面像差与彗形像差难以取舍的窘境（天文望远镜光学与机械）。当你能同时处理这些像差的时候，系统却又发生严重的色差。最后好不容易解决了所有的色像差，却又发生成像的变形。因此光学系统的设计在在考验设计者的经验与智力。希望透过以下的天文望远镜的演进，让你了解前人的成果。折射式望远镜系统由于白光经过透镜会有色散的现象（Dipersion），因此使得光学系统除了球面像差与彗形像差之外又多了影像不清晰的光源。由上图可知，蓝光的折射率较大，其次为绿光，最后为红光，因此不同颜色的入射光产生，却有不同的聚焦点。好的光学系统除了成像品质之外，还必须考虑消色差的效果。基本上，我们在处理可见光的光路分析时，是用蓝色的F line(486.13nm)、红色的C line(656.27nm)与绿色的e line(546.07nm) 作为分析的主要光源。要查看镜片的色差情形，可以用色散数值V( Dispersion Number or Abbe number)。V越大表示镜片的色散的情况越小。 V＝(ne－1) / ( nF－nC) 对於一个D= 5公分，f=20公分的两片镜片组合，我们可以由下图的光路分析了解他们各自聚焦的一致性。其实这就是球面像差的检测工作！ D＝5公分f=20公分第一片镜片R1＝18公分R2＝－19公分中心厚度＝0.84公分间隙0.1公分第二片镜片R3＝－19公分R4＝－22公分中心厚度＝0.98公分

光学课程设计 ——望远镜系统

望远镜系统结构设计指导教师：张翔专业：光信息科学与技术班级：光信息08级1班姓名：学号： 20080320 光学课程设计

目录第一部分设计背景 (1) 第二部分设计目的及意义 (1) 第三部分望远镜介绍 (1) 3.1望远镜定义 (1) 3.2望远镜分类及相应工作原理 (2) 第四部分望远镜系统设计 (3) 4.1开普勒望远镜 (3) 4.2望远镜系统常用参数 (4) 4.3外形尺寸计算 (6) 4.4伽利略望远镜 (8) 4.5物镜组的选取 (9) 4.6望远镜像差类型及主要结构 (10) 4.7双胶物镜与双分离物镜分析 (12) 4.8内调焦望远物镜分析 (14) 4.9目镜组的选取 (14) 4.10目镜主要像差及分析 (17) 4.11棱镜转像系统 (17) 4.12转折形式望远镜系统 (18) 4.13光学系统初始结构参数计算方法 (18) 4.14应用光学系统中的光栅 (20) 第五部分设计总结 (21) 第六部分参考文献 (21)

一．设计背景在现在科学技术中，以典型精密仪器透镜、反射镜、棱镜等及其组合为关键部分的大口径光电系统的应用越来越广泛。如：天文、空间望远镜；地基空间目标探测与识别；激光大气传输、惯性约束聚变装置等等。其中我国以高功率激光科研和激光核聚变研究为目的的光电系统——“神光二号”，颇具代表。“神光二号”对于未来的能源危机和我国的军事领域有着重要意义。二．设计目的及意义运用应用光学知识，了解望远镜工作原理的基础上，完成望远镜外形尺寸、物镜组、目镜组及转像系统的简易或远离设计。了解光学设计中的PW法基本原理。三．望远镜介绍 3.1 望远镜定义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。根据望远镜原理一般分为三种。一种通过收集电磁波来观察遥远物体的仪器。在日常生活中，望远镜主要指光学望远镜。但是在现代天文学中，天文望远镜包括了射电望远镜，红外望远镜，X射线和伽吗射线望远镜。近年来天文望远镜的概念又进一步地延伸到了引力波，宇宙射线和暗物质的领域。或者再经过一个放大目镜进行观察。日常生活中的光学望远镜又称“千里镜”。它主要包括业余天文望远镜，观剧望远镜和军用双筒望远镜。【望远镜基本工作示意图】

应用光学课程设计-15倍双目望远镜

应用光学课程设计报告 ———15倍双目望远镜姓名：班级学号：指导教师：光电工程学院 2016年01月04日

一、望远镜系统的原理 (3) 二、课程设计的内容及要求 (3) 三、光学元件尺寸计算及数据处理总结 (4) （一）、目镜的计算 (4) （二）、物镜的结构形式及外形尺寸计算 (7) （三）、计算分划板 (7) （四）、计算棱镜 (8) （五）、像差计算 (9) （六）、建立数据文件 (15)

一、望远镜系统的原理亥普勒望远镜的原理示意如下图1所示：图 1 图中可见亥普勒望远镜是由正光焦度的物镜与正光焦度的目镜构成，与显微镜不同的是望远镜的光学间隔为0，平行光入射平行光射出。其系统的视觉放大倍率为： '//D D f f e o -=''-=Γ 式中，0f '为物镜的焦距；e f '为目镜的焦距；D 为入瞳直径；'D 为出瞳直径。在此成像过程中，有一个实像面位于分划面上，可以实现相应的瞄准或测量。由于亥普勒望远镜成倒像不利于观察，故而需在系统中加入一个由透镜或棱镜构成的转像系统。军用望远镜的转像系统多是用两个互相垂直放置的 180-II D 棱镜（即保罗棱镜）组成。伽利略望远镜是由正光焦度的物镜和负光焦度的目镜组成，其视觉放大率大于1，形成的是正立的像，无需加转像系统，也无法安装分划板，应用较少。二、课程设计的内容及要求 1、根据已知的一些技术要求，进行外型尺寸计算； 1）目镜的选取及计算； 2）物镜的结构型式及外型尺寸计算； 3）分划板的外型尺寸计算； 4）棱镜的类型选取及外型尺寸计算； 2、像差计算 1）求取棱镜的初级像差； 2）求取物镜的初级像差； 3）根据物镜的像差求出双胶合物镜的结构参数。

光学课程设计望远镜系统结构参数设计

光学课程设计 ——望远镜系统结构参数设计

一设计背景：在现在科学技术中，以典型精密仪器透镜、反射镜、棱镜等及其组合为关键部分的大口径光电系统的应用越来越广泛。如：天文、空间望远镜；地基空间目标探测及识别；激光大气传输、惯性约束聚变装置等等…… 二设计目的及意义（1）、熟悉光学系统的设计原理及方法；（2）、综合应用所学的光学知识，对基本外形尺寸计算，主要考虑像质或相差；

（3）、了解和熟悉开普勒望远镜和伽利略望远镜的基本结构及原理，根据所学的光学知识（高斯公式、牛顿公式等）对望远镜的外型尺寸进行基本计算；（4）、通过本次光学课程设计，认识和学习各种光学仪器（显微镜、潜望镜等）的基本测试步骤；三设计任务在运用光学知识，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。并介绍光学设计中的PW法基本原理。同时对光学系统中存在的像差进行分析。四望远镜的介绍 1．望远镜系统：望远镜是一种利用凹透镜和凸透镜观测遥远物体的光学仪器。利用通过透镜的光线折射或光线被凹镜反射使之进入小孔并会聚成像，再经过一个放大目镜而被看到。又称“千里镜”。望远镜的第一个作用是放大远处物体的张角，使人眼能看清角距更小的细节。望远镜第二个作用是把物镜收集到的比瞳孔直径（最大8毫米）粗得多的光束，送入人眼,使观测者能看到原来看不到的暗弱物体。2．望远镜的一般特性望远镜的光学系统简称望远系统，是由物镜和目镜组成。当用在观测无限远物体时，物镜的像方焦点和目镜的物方焦点重合，光学间隔d＝o。当月在观测有限距离的物体时，两系统的光学问隔是一个不为零的小数量。作为一般的研究，可以认

光学课程设计报告

光学课程设计报告姓名: 班级: 学号:

一．设计目的（1）重点掌握设计光学系统的思路。初步掌握简单的、典型的系统设计的基本技能，熟练掌握光线光路计算技能，了解并熟悉光学设计中所有例行工作，如数据结果处理、像差曲线绘制、光学零件技术要求等。（2）在熟练掌握基本理论知识的基础上，通过上机实训，锻炼自己的动手能力。在摸索的过程中，进一步培养优化数据的能力和理论联系实际的能力。（3）巩固和消化应用光学和本课程中所学的知识，牢固掌握典型光学系统的特点，并初步接触以后可能用到的光学系统，为学习专业课打下好的基础。二．设计题目双筒棱镜望远镜设计（望远镜的物镜和目镜的选型和设计）三．技术要求双筒棱镜望远镜设计，采用普罗I 型棱镜转像，系统要求为：（1）望远镜的放大率Γ＝6 倍；（2）物镜的相对孔径D/f′＝1：4（D 为入瞳直径，D＝30mm）；（3）望远镜的视场角2ω＝8°；（4）仪器总长度在110mm 左右，视场边缘允许50%的渐晕；（5）棱镜最后一面到分划板的距离>＝14mm，棱镜采用K9 玻璃，两棱镜间隔为2～5mm；（6）lz′=8～10mm。

七．上机结果 1．物镜（1）优化前数据程序注释：设计时间：2013年4月10日星期三 08:59:50 下午 -------输入数据-------- 1.初始参数物距半视场角(°) 入瞳半径 0 4 15 系统面数色光数实际入瞳上光渐晕下光渐晕 7 3 0 1 -1 理想面焦距理想面距离 0 0 面序号半径厚度玻璃 STO 84.5460 5.741 1 2 -44.9920 2.652 K9 3 -134.9690 56.800 F5 4 0.0000 33.500 1 5 0.0000 4.000 K9 6 0.0000 33.500 1 7 0.0000 12.630 K9 ☆定义了下列玻璃:

光学望远镜系统的设计

光学望远镜系统的设计【摘要】运用光学知识，在了解望远镜工作原理的基础上，根据开普勒望远镜的主要参数，完成望远镜的外形尺寸、物镜组、目镜组及转像系统的简易设计。【关键词】望远镜设计；视放大率；凸透镜；焦距 1引言

上图中物镜框为孔径光阑，也是入射光瞳，出射光瞳目镜像方焦点外，观察者再次观察成像情况，望远镜系统的视场光阑设在物镜的像平面处。下面介绍望远镜系统中的光学参数。（1）望远镜系统的放大率分别为：轴向放大率α= f2f1 2 垂轴放大率β=?f2f1 角放大率γ=?f1f2 且这三种放大率之间的关系为αγ=β，可见它们仅仅取决于望远镜系统的结构参数。（2）望远镜系统的视放大率对于目视光学仪器来说，更有意义的特性是它的视放大率。由于物体位于无限远。物体对人眼所成张角θ眼和对仪器的张角θ是相等的，即θ眼=θ，物体通过望远镜对人眼的张角θ眼‘ 等于仪器像方视场角θ′，即θ眼’ =θ‘。望眼镜的作用是把视角从原来的θ放大到θ’。设视场光阑的孔径为D 0。则： tan θ=?D 02 f 1=?D 02f 1 tan θ′=?D 02 f 2=?D 02f 2 所以望远镜的视放大率为：Γ= tan θ′ tan θ=?f 1f 2 于此可见欲增大视放大率，必增大物镜的焦距或减小目镜的焦距。（3）望远镜的极限分辨角表示观测仪器精度的指标是极限分辨角。若以60''作为人眼的分辨极限，为使望远镜所能分辨的细节也能被人眼分辨，则望远镜的视放大率和它的极限分辨角Φ应满足 ΦΓ=60'' 所以，若要求分辨角减小，视放大率应该增大。或者说望远镜视放大率越大，它的分辨角即精度越高，人眼极限分辨角为 α=1.22λ/D （4）望远镜的结构尺寸当光学间隔?=0时，目镜观察中间实像应是实像位于目镜的焦平面上，因此从物镜到目镜为望远镜的筒长L =f 1+f 2。 3设计内容（1）望远镜外形尺寸设计设计一个开普勒式望远镜，其主要要求如下：

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 '1ω 2 '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。伽利略望远镜的优点是结构紧凑，筒长较短，较为轻便，光能损失少，并且使物体呈正立的像，这是作为普通观察仪器所必需的。其原理图如下：物镜组目镜组出瞳 '1 F F 2 f 2 d '1 f 伽利略望远镜示意图为了更好的了解望远镜，下面介绍放大镜的各种放大率：望远镜垂轴放大率：代表共轭面像高和物高之比。计算公式如下 1 '2 'f f -=β 望远镜角放大率：望远镜共轭面的轴上点发出的光线通过系统后，与光轴夹角的正切之比。计算公式如下： 2 '1'f f -=γ 望远镜轴向放大率：当物平面沿着光轴移动微小距离dx 时，像平面相应地移动距离dx',

光学课程设计--双筒棱镜望远镜设计

《光路设计》课程设计报告题目：双筒棱镜望远镜设计院（系）：信息科学与工程学院专业班级：光电1202班学生姓名：学号：20101182117 指导教师： 20 14 年 12 月 29 日至20 15 年 1 月 9 日

目录设计任务与要求 (3) 设计步骤 (4) 一、外形尺寸计算 (4) 二、光学系统选型 (6) 三、物镜的设计 (7) 1、用PW法计算双胶合物镜初始结构： (7) （1）求h，z h，J (7) （2）求平板像差 (7) （3）求物镜像差 (7) （４）计算Ｐ，Ｗ (8) （５）归一化处理 (8) （６）选玻璃 (8) （７）求形状系数Ｑ (9) （８）求归一化条件下透镜各面的曲率 (9) （９）求薄透镜各面的球面半径 (9) （１０）求厚透镜各面的球面半径 (9) 2、物镜像差容限的计算 (10) 3、物镜像差校正 (11) 4、物镜像差曲线 (13) 四、目镜的设计 (14) 1、用PW法计算凯涅尔目镜初始结构 (14) （１）接目镜的相关参数计算 (14) （2）场镜的相关参数计算 (15) 2、目镜像差容限的计算 (16) 3、目镜像差校正 (17) 4、目镜像差曲线 (20) 五、光瞳衔接与像质评价 (20) 1、光瞳衔接 (20) 2、像质评价 (21) 3、总体设计评价 (21) 学习体会 (22)

设计任务与要求设计题目：双筒棱镜望远镜设计设计技术要求：双筒棱镜望远镜设计，采用普罗I型棱镜转像，系统要求为： 1、望远镜的放大率Γ＝6倍； 2、物镜的相对孔径D/f′＝1：4（D为入瞳直径，D＝30mm）； 3、望远镜的视场角2ω＝8°； 4、仪器总长度在110mm左右，视场边缘允许50%的渐晕； 5、棱镜最后一面到分划板的距离>＝14mm，棱镜采用K9玻璃，两棱镜间隔为2～5mm。 6、lz ′>8～10mm

光学设计三分离物镜

燕山大学课程设计说明书题目：照相物镜设计学院（系）：电气工程学院年级专业：仪表二班学号：学生姓名：指导教师：王志斌教师职称：副教授

燕山大学课程设计（论文）任务书 2013年 7 月 10 日

目录一、引言 (4) 二、设计过程 (4) 2.1初始结构的选择 (5) 2.2输入参数和缩放 (6) 2.3在ZEMAX中进行优化 (9) 2.4优化结果 (12) 三、心得体会 (15) 四、参考文献 (16)

引言照相物镜的简介照相物镜的基本光学性能主要由三个参数表征。即焦距f ’、相对孔径D/f ’和视场角2w 。照相物镜的焦距决定所成像的大小 Ⅰ）当物体处于有限远时，像高为 y ’=(1-ωβtan ')f (1-1) 式中，β为垂轴放大率，l l y y ' '==β。对一般的照相机来说，物距l 都比较大，一般l >1米，f ’为几十毫米，因此像平面靠近焦面，''f l ≈，所以 l f '=β Ⅱ）当物体处于无限远时，β→∞像高为 y ’=ωtan 'f （1-2）因此半视场角 ω=atan ' ' f y （1-3）表1-1中列出了照相物镜的焦距标准：即通常所说的截止频N λ λ u f D N == （1-4）照相物镜中只有很少几种如微缩物镜和制版物镜追求高分辨率，多数照相物镜因其本身的分辨率不高，相对孔径的作用是为了提高像面光照度 E ’=1/4πL τ(D/f ’)2 (1-5) 照相物镜的视场角决定其在接受器上成清晰像的空间范围。按视场角的大小，照相物镜又分为 a ）小视场物镜：视场角在30°以下； b ）中视场物镜：视场角在30°~60°之间； c ）广角物镜：视场角在60°~90°之间； d ）超广角物镜：视场角在90°以上。照相物镜按其相对孔径的大小，大致分为

光学设计

大连民族学院工程光学课程设计（论文）平行光管物镜设计学院（系）：物理与材料工程学院专业：光电子技术科学学生姓名：任增鑫学号：2010053216 指导教师：芦永军完成日期：2013-11-18 大连民族学院

摘要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。在实际成像过程中，物体成的像应该与设计的光学系统一致，达到设计要求的放大倍数。所以，可以通过近轴光学公式计算出理想成像的位置和大小，近似地代表实际光学系统中所要求成的像的位置和大小。近轴光学公式对于工程光学设计有着重要的意义和作用，根据近轴光学公式的性质，它只能适用于近轴区域，但是实际使用的光学仪器，无论是成像物体的大小，或者由一物点发出的成像光束都要超出近轴区域。平行光管物镜物镜采用双胶合结构。双胶合结构能够很好的校正几种初级像差，而且结构简单，所以大多用此结构进行设计。关键词：平行光管物镜；微小角度；近轴光学公式；双胶合结构

目录摘要...........................................................................................I 设计要求： (2) 第一章绪论 (2) 第二章Zmeax光学设计软件简介 (3) 第三章平行光管物镜参数的手工计算 (5) 第四章课程设计结果Zmeax验证 (7) 致谢 (9)

工程光学课程设计双胶合透镜的镜片

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工程光学课程设计姓名：班级：学号：

设计题目一设计一个望远镜系统，如图所示。D/f ’=1/4,f ’=100,光阑在物镜上，视场为2° 20 一计算过程 1 求棱镜的尺寸跟象差：通光口径D=100/4=25mm 像方孔径角u ’=y/f ’=0.5×25/100=0.125 视场角u ’p =tan2°=0.035 取直角屋脊棱镜的玻璃材质为k9玻璃，其等价玻璃板光路长 L=p ·Dm=1.732Dm D m1=D0+d(2u ’p –D0/f) ≈21.4 D m2=p p pfu pD nf fd u d D f D n '0'002)2(-++-≈17.75 Dm 取二者中较大的，即Dm=21.4mm 。光路长度L=p*Dm ≈37.06mm 求棱镜的初级像差系数 S Ⅰ=L ·(1－n 2) ·u ’4/n 3 =－0.00337, S Ⅱ=L ·(1－n 2) ·u ’3·u ’p /n 3 =－0.000943, S Ⅲ=L ·(1－n 2) ·u ’2·u ’2p /n 3=－0.000264 其中n=1.5163，L=37.06，u ’=0.125，u ’p =0.035 棱镜的初级色差为C Ⅰ=d ·(1－n)·u 21/vn 2≈－0.00203 C Ⅱ=d ·(1－n)·u ’p ·u ’/vn 2≈－0.000567。其中 d=L=37.06, u 1= u ’=0.125 2根据对物镜像差的要求，可以求得P ∞,W ∞, C Ⅰ。直角屋脊棱镜的像差由物镜补偿 S Ⅰ=y ·P ∞=0.00337 P ∞= S Ⅰ/y ≈0.00027 S Ⅱ=y p ·P ∞+j ·W ∞ j=y ’·n ’·u ’p －n ’·u ’·y ’p =0.4365 所以W ∞= S Ⅱ/j=0.002158 3可求得P,W, C Ⅰ的归化值 y ψ=12.5*0.01=0.125则P ∞= P ∞/（y ψ）3=0.13824 W ∞= W ∞/（y ψ）2=0.13811， C Ⅰ= C Ⅰ/y 2ψ=0.001299。 4求得P 0值，选择冕牌在前 P 0= P ∞－0.85（W ∞－0.1）2≈0.137。由P 0=0.137，C Ⅰ=0.0013查P 0表，找出合适的双胶合透镜的玻璃组合。选择的玻璃种类是BaK7和ZF3

华中科技大学光学课程设计报告

光学课程设计报告姓名：罗风光学号：U201013534 班级：光电1005

一、课程设计要求 (3) 二、设计步骤 (3) 1. 外形尺寸计算 (3) 2. 选型 (5) 3. 物镜设计 (5) （1）初始结构计算 (5) i. 求h、hz、J (5) ii. 平板的像差 (5) iii. 物镜像差要求 (6) ?求P、W (6) ?归一化处理 (6) ?选玻璃 (7) ?求Q (7) ?求归一化条件下透镜各面的曲率及曲率半径 (7) ?玻璃厚度 (8) （2）像差容限计算 (8) （3）像差校正 (9) （4）物镜像差曲线 (11) 4. 目镜设计 (12) （1）初始结构计算 (12) i. 确定接眼镜结构 (12) ii. 确定场镜结构 (14) （2）像差容限计算 (15) （3）像差校正 (16) 三、光瞳衔接 (19) 四、像差评价 (20) 五、总体评价 (20) 六、零件图、系统图 (20) 七、设计体会 (23) 八、参考资料 (24)

一、课程设计要求设计要求：双筒棱镜望远镜设计，采用普罗I 型棱镜转像。 1、望远镜的放大率Γ＝6倍； 2、物镜的相对孔径D/f ′＝1：4（D 为入瞳直径，D ＝30mm ）； 3、望远镜的视场角2ω＝8°； 4、仪器总长度在110mm 左右，视场边缘允许50%的渐晕； 5、棱镜最后一面到分划板的距离>＝14mm ，棱镜采用K9玻璃，两棱镜间隔为2～5mm 。 6、l z ′>8～10mm 二、设计步骤 1. 外形尺寸计算物镜焦距' 14120f D mm =?= 出瞳直径' 5D D mm = =Γ 目镜焦距'' 12120206 f f mm ===Γ 分划板直径' 21216.7824D f tg mm =ω= 分划板半径2 8.39122 D = 由设计要求：视场边缘允许50%的渐晕，可利用分划板拦去透镜下部25%的光，利用平板拦去透镜上部的25%的光，这样仅有透镜中间的50%的光能通过望远系统。 7.51208.39127.5120 h a --= -

光学课程设计报告——华中科技大学

光学课程设计报告姓名：糜健班级：光信0802 学号：U200813208

目录 1.设计任务及要求 (2) 1.1设计任务 (2) 1.2设计技术要求 (2) 2.设计步骤 (2) 2.1总体设计流程图 (2) 2.2光学系统外形尺寸的计算 (3) 2.2.1 望远镜基本结构参数的确定 (3) 2.2.2普罗Ⅰ型转向棱镜外形尺寸的计算 (3) 2.2.3物镜的选型及初始结构参数的计算 (5) 2.2.4目镜的选型及其初始结构参数的计算 (8) 2.3像差调节 (10) 2.3.1物镜的调节： (10) 2.3.2目镜的调节： (12) 2.3.3像质评价 (15) 4.附录：零件图与系统图 (16) 4.1双胶合物镜正透镜零件图 (17) 4.2光学系统图 (18)

1.设计任务及要求 1.1设计任务双筒棱镜望远镜设计（望远镜的物镜和目镜的选型和设计）1.2设计技术要求双筒棱镜望远镜设计，采用普罗I型棱镜转像，系统要求为： 1、望远镜的放大率Γ＝6倍； 2、物镜的相对孔径D/f′＝1：4（D为入瞳直径，D＝30mm）； 3、望远镜的视场角2ω＝8°； 4、仪器总长度在110mm左右，视场边缘允许50%的渐晕； 5、棱镜最后一面到分划板的距离>＝14mm，棱镜采用K9玻璃，两棱镜间隔为2～5mm； 6、lz ′>8～10mm。 2.设计步骤 2.1总体设计流程图

2.2光学系统外形尺寸的计算 2.2.1 望远镜基本结构参数的确定焦距：由D/f1’=1：4，f1’=4D=120mm。又因为Γ=f1’/f2’，f2’=f1’/Γ=20mm。出瞳大小：D’=D/Γ=5mm。分划板口径：D分=2f1’tanω=16.7824mm。出瞳的视场角：因为Γ=tanω’/tanω ，ω=4°，2ω’=45.522°。 2.2.2普罗Ⅰ型转向棱镜外形尺寸的计算普罗Ⅰ型转向棱镜基本结构如下：普罗Ⅰ型转向棱镜是由两块等腰直角棱镜所构成的，具有转向的功能，可以解决开普勒望远镜成倒像的问题，使其成正立的实像，在本双筒望远镜系统中，棱镜位于目镜与分划板之间，对一块等腰直角棱镜进行棱镜的展开如下： D L 如图，D为棱镜的通光口径，L为棱镜的展开长度，由几何关系可知：L=2D。即可以将一块等腰直角棱镜展开为厚度为L的玻璃平板，玻璃平板又可以等效为厚度d=L/n的空气平板，其中 n为玻璃平板的折射率。因此系统可以等效为由物镜、目镜、分划板、两空气平板所组成得系统。将两空气平板放置在物镜与分划板之间，结构图如下：