工程光学课程设计双胶合透镜的镜片

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

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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

玻璃对n νP

0φ

1

Q

W

BaK7 1.5688 56.05 0.15177 2.050808 -4.113188 -0.067488 ZF3 1.7172 29.51

Q 1= Q

±√（P∞－P

）/2.35 =－4.0374或－4.189，

Q 2= Q

－（W∞－W

）/1.67= －4.2634

取Q为Q

1，Q

2

二者中相近两个数的平均值，则Q=－4.2127。

5计算双胶合透镜各个面的曲率半径

C 2=ψ

1

+Q=－2.1619，得r

2

=1/ C

2

=－0.4625;

C 1=[ψ

1

+(n

1

－1) C

2

]/(n

1

－1)=1.4435,得r

1

=1/ C

1

=0.6927;

C 3=ψ

1

+Q－(1－ψ

1

)/ (n

2

－1)=－0.6967,得r

3

=1/ C

3

=－1.4352;

6求双胶合透镜的实际结构参数

由f=100,f/#=f/4,D=25, u

p

=±3°,得双胶合透镜的实际结构参数

r

1

=0.6927×100=69.27mm,

r

2

=－0.4625×100=－46.25mm,

r

3

=－1.4352×100=－143.52mm。

取正透镜中心厚度为5mm, 负透镜中心厚度为3mm。

调试过程：

以下图片是由光学镜头设计软件ZEMAX设计调整镜头时所截。

根据计算结果在ZEMAX的Lens Data Editor中输入初始数据，如图所示

初始的球差曲线如图：

通过调整曲率半径和厚度来校正球差：

下图为经过调整后最终所得的双胶合透镜的球差图。

下表为经过调整后最终所得的双胶合透镜的结构参数。

调整后的调制传递函数

透镜结构图