光学设计实验报告

光学设计实验报告

班级：04111302

姓名：叶云

学号：1120130901

目录

§1双胶合望远物镜设计 (3)

一、计算初级像差 (4)

二、用ZEMAX设计并优化双胶合物镜 (7)

三、总结分析 (13)

§2对称式目镜设计 (14)

一、计算初始结构参数 (14)

二、用ZEMAX设计并优化对称式目镜 (14)

三、总结分析 (18)

§3双胶合望远镜系统配合 (19)

一、物镜和目镜的配合 (19)

二、用ZEMAX优化双胶合望远镜系统 (21)

三、总结分析 (22)

§4低倍消色差显微物镜设计 (24)

一、求物镜的焦距、物距和像距 (24)

二、原始系统结构参数的初级像差求解 (25)

三、原始系统参数输入及像质评价 (28)

四、利用ZEMAX做初级像差优化设计 (30)

五、总结分析 (33)

§5双高斯照相物镜设计 (34)

一、原始系统参数输入及像质评价 (35)

二、利用ZEMAX做初级像差优化设计 (37)

三、第一次优化效果 (38)

四、第n次优化效果 (40)

五、总结分析 (44)

§6心得感悟 (45)

§1双胶合望远物镜设计

要求设计一个周视瞄准镜的双胶合望远物镜（加棱镜），如下图所示，技术要求如下：

视放大率：3.7

出瞳口径：4mm

D=

出瞳距离：大于等于20mm

ω︒

全视场角：2=10

物镜焦距：'85mm

f=

n=（K9）

棱镜折射率： 1.5163

棱镜展开长度：31mm

棱镜距离物镜的距离40mm

孔径光阑位在物镜前35mm

要求：

(1)计算棱镜的初级像差

(2)双胶合物镜的初级像差求解

(3)利用Zemax自动设计程序进行优化设计

一、计算初级像差

1.求h , h z , J

根据棱镜入射的相关参数

''tan tan D D ωωΓ== 得入瞳直径4mm D = 14.87.422

D h === ''2

14.80.087170D u f ===

''tan 85tan(5)7.44

y f ω=-=-⨯-︒= '''10.0877.440.647J n u y ==⨯⨯=

35tan(5) 3.0621z h ︒=⨯=

2.计算平行玻璃板的像差和数：,,C S S S I ∏I

'0.087u u == ；tan(5)0.0875z u ︒=-=- ; 0.99z

u u ⎛⎫=- ⎪⎝⎭

根据已知条件，平行玻璃板本身的参数为

31mm 1.5163=64.1d n ν==，，

将以上数值代入到平行玻璃板的初级像差公式中得 球差：2244331 1.5163131(0.087)0.000691.5163n S du n I --=-=-⨯⨯=- 慧差：0.00069(0.99)0.00068z

u S S u I ⎛⎫==-⨯-= ⎪⎝⎭Ⅱ 轴向色差：22221 1.5163131(0.087)0.0008264.1 1.5163C d n S u v n --=-

=-⨯⨯=-⨯Ⅰ 3.列出初级像差方程式求解双胶合物镜的P ∞，W ∞，C

根据对整个物镜系统的像差要求，求出系统的像差和数,,C S S S I ∏I

由于本题中未给出整个物镜系统的像差要求，所以为了保证补偿目镜的像差，不妨设该物镜系统（包含双胶合物镜和棱镜）的像差为

'''δ=0.1mm,0.001,0.05mm m m FC L SC L =-∆=，

则

''2'222(0.087)0.10.00151n u L S δ=-=-⨯⨯=-Ⅰ

'''''''22()0.00129s n u K n u S SC y =-=-= Ⅱ

''2'2(0.087)0.050.00038C FC n u S L =-∆=-⨯=-Ⅰ

以上为物镜系统像差的和数，它等于物镜的像差加棱镜的像差，这样即可求得双胶合物镜的像差为：

=0.00151(0.00069)0.00082S S S I I =----=-Ⅰ系统棱镜

=0.001290.000680.00061S S S I I =--=Ⅱ系统棱镜

0.00038(0.00082)0.00044C S S S I I =-=---=Ⅰ系统棱镜

（1）列出初级像差方程求P , W , C

对单个薄透镜组有

7.40.00082hp p S ==⨯=-Ⅰ，0.00011p =-

0.6470.000340.00061z h P JW W S =-=--=Ⅱ，0.000422W =-

22(7.4)0.00044C h C C S ===Ⅰ，0.000008C =

(2)由P , W , C 求,,P W C ∞∞

()

330.00011=-0.1670.087p

P h ϕ-== ()220.000422

=-0.0560.087W W h ϕ-==

'0.00000885=0.00068C C f ==⨯

由于望远镜本身对无限远物平面成像，因此无需再对物平面位置进行归化： =-0.167P P ∞=；=-0.056W W ∞

=；0.00068C = 根据0P ，C 选玻璃。 将上面求得的P ∞ ，W ∞ 代入公式求0P