(完整版)光学设计 对称式目镜
电气工程学院课程设计评审意见表
指导教师评语：
认真 正确完善 完善
较为合理 合理
工作态度 较认真 理论分析 一般 软件设计 一般
不认真 较差 较差
平时成绩： 指导教师签字：
年 月 日
图面及其它成绩：
答辩小组评语：
清晰 正确
基本掌握 优化设计 基本正确
原理 了解 不正确
不清楚
答辩成绩： 组长签字：
年 月 日
课程设计综合成绩：
答辩小组成员签字：
年 月 日
摘要
随着科学技术的发展，光学仪器已普遍应用在社会的各个领域。
光学仪器的核心部分是光学系统，光学系统成像质量的好坏决定着光
学仪器整体质量的好坏，一个高质量的的成像光学系统是要靠好的光
学设计去完成。因此说，光学设计是实现各种光学仪器的基础。
光学系统设计指的是根据仪器所提出的使用要求，来决定满足各
种使用要求的数据，即设计出光学系统的性能参数、外形尺寸和光组
的结构等。如今，光学系统的设计可分为两个阶段：一、外形尺寸计
算；二、像差设计。进行光学设计也有两种不同的方法：其一，是把
已有的物镜的结构形式作为初始结构，进行像差校正；其二，是根据
所选定的结构形式，按初级像差理论求解初始结构，在进行像差校正。
其中像差校正方法有两种：一是人工单因素校正，即有设计者根
据系统像差情况，改变系统的一个结构参数（r、d、n）,再进行光路
计算，重复这样的过程，直至达到满意的成像质量。另一种是用电子
计算机，按优化理论和统计理论对光学系统各个参数同时给出不同的
该变量，进行像差校正，重复多次运算（每次运算称为一次迭代），
可达到满意的像质，称为像差自动平衡，也有人对初始结构做像差自
动平衡，再做人工单因素自动校正。
本次课设在初始结构设计过程中主要采取第一种方法，将已有的
物镜的结构形式作为初始结构，主要任务集中在用电子计算机，按优
光学设计章图文 (13)
第13章 光学设计软件ZEMAX简介
表13-4 优化后的双胶合望远物镜的结构参数
第13章 光学设计软件ZEMAX简介
13.5 ZEMAX应用实例
13.5.1
三片分离式照相物镜设计如图13-13、图13-14、图 13-15和图13-16所示。
第13章 光学设计软件ZEMAX简介
图13-13 三片分离式照相物镜结构参数
图13-6 波长数据框
第13章 光学设计软件ZEMAX简介
⑤ 定义默认的评价函数是表示一个光学系统如何接近 一组指定目标的一种数值表示。如图13-7所示。
图13-7 评价函数表
第13章 光学设计软件ZEMAX简介
(2) 输入面数据。 ① 曲率半径。 ② 厚度(Thickness)：按面与面间隔键入。 ③ 孔径半径(Semi-Diameter)：可不设置。 ④ 玻璃(Glass)：在Glasss输入栏中，单击激活后键入所 选用玻璃。ZEMAX提供了几个标准的目录，也可以创建自
第13章 光学设计软件ZEMAX简介
2. 基本操作环节 (1) 新建镜头(或系统)。 (2) 调用镜头(或系统)。 (3) 光路计算与优化计算。 (4) 像质评价。
第13章 光学设计软件ZEMAX简介
13.4.2 新建镜头
1. 准备过程 (1) 透镜表面个数(面数)。 (2) 符号规则。和应用光学中共轴光学系统的符号规则 相同，ZEMAX规定了曲率和厚度的正负号，规则如表13-2 所示。
图13-3 镜头数据编辑表
第13章 光学设计软件ZEMAX简介
② 在 中选择孔径类型(Entrance Pupil Diameter)，然 后在孔径值(Aperture Value )中输入“10”，如图13-4所示。
光学设计物镜目镜结构计算
∞ ∞ ∞ ∞
1.5163
1
每个半径取 2 个值排列 组合。
33.5
空
1.5163
D = 30
2ω = 8度
l=∞
lz = 0
初级象差系数校正 （用三种方法结合使用） 1、 单参数修改： 哪个参数对像差敏感， 改变该参数
2、 整体弯曲： 校球差，保证位置色差基本不变
1、 交换光焦度： 胶合物镜通常首先校正色差，因为初级色差和 透镜形状无关，校正了色差以后，保持透镜的 光焦度不变，再用弯曲透镜 的方法校正球差和彗差，对已经校正的色差 影响很小。
k = 1.702479
Qo = −4.208478, po = 0.260234 ， wo = −0.073668
② k 9 − F5 ， c = 0.002
n1 = 1.5163, v1 = 64.1 ;
n2 = 1.6242 , v 2 = 35.9
ϕ1 = 2.109844 , A = 2.416250 ,
透镜太薄在加工时容易产生弯曲和变形
不易保证精确的表面形状和同心度
5、上机数据
r
84.526 − 44.998 − 135.0196
d 5.740718 2.652417 59.8 33.5
2
nD
1
nF
nC
改第三面半径 r3 校色差， 整体 弯曲校球差，正弦差
1.5163
1.6242
1
厚度取整， 最多取一位小 数，半径套标准半径。
2
w = w + u 1 (2 + µ )
∞
1 = − (2 + 0.7 ) = −0.68 4
（3）求 p、W
7 .5 h = hϕ = = 0.15 f ′ 50
典型光学系统设计 PPT课件
物镜
分划板 目镜
当物体在有限远时，移动物镜中的一块负透镜，使物镜所成的像 仍然在固定的分划板处。这种系统就称为内调焦系统。该系统尺 寸小，携带方便，密封性能好，在大堤测量仪器中多采用此光路
（二）反射式望远物镜
• 天文望远镜常用反射式物镜。
❖目前，多采用双反射系统来做为天文望远镜的物镜。
❖比较著名的双反射系统由两种：卡塞格林系统和格列果 里系统。 ❖卡塞格林系统是由两个反射镜组成，主镜是抛物面，副 镜是双曲面，所成的是倒像，这种结构的筒长比较短。
5、广角目镜
• 广角目镜是为适应大视场系统而设计的。 ❖由于视场角增大，场曲也随之增大。
❖为了保证像差的要求，目镜的结构必须复杂化，
❖或在系统中加入负光焦度的透镜；
❖或增加正透镜组的数目，是光焦度分散。
❖下图是两种视场在60°以上的广角目镜，接目镜用两块 透镜代替。
I型
出瞳
II 型
出瞳
• 所以与同倍其它物镜相比，其结构形式比较复杂。
❖下图是工具显微镜1X物镜的两种结构。视场20mm，工作距离 80mm，数值孔径0.03。 孔径光阑
❖下图是工具显微镜3X物镜的结构。视场分别为6.7mm，工作距 离80mm，数值孔径0.09。
孔径光阑
下图是工具显微镜10X物镜的结构。视场2mm，工作距离20mm， 数值孔径0.16。
副镜
F’ 主镜
格列果里系统也是有两个反射面组成，主镜仍为抛物面，副镜 改为椭球面，所成的像正像,这种结构的筒长比较长。
主镜
副镜 F’
（三）折反射系统
反射系统对轴外像差的校正是很困难的。 理想的折反射系统中反射镜应该是非球面型的，但加工 比较困难。
折反射型望远物镜比较典型的有施密特物镜和马克苏托夫物镜
光学设计
现代光学设计作业一、掌握采用常用评价指标评价光学系统成像质量的方法，对几何像差和垂轴像差进行分类和总结。
常用指标评价光学系统成像质量的方法：1.1 用于在光学系统实际制造完成后对其进行实际测量：分辨力检测和星点检测星点检测：实际上每一个发光点物基元通过光学系统后，由于衍射和像差以及其他工艺瑕疵的影响，绝对地点对应点的成像是不存在的，因此卷记的结果是对原物强度分布起了平滑的作用，从而造成点物基元经系统成像后的失真，因此，采用点物基元描述成像的过程，其实是一个卷积成像过程，通过考察光学系统对一个点物基元的成像质量就可以了解和评价光学系统对任意物分布的成像质量，这就是星点检验的思想。
分辨力检测：所谓分辨力就是光学系统成像时所能分辨的最小间隔，它是衡量图像细节表现力的技术参数。
测量分辨力所获得的有关被测系统像质的信息量虽然不及星点检验多，发现像差和误差的灵敏度也不如星点检验高；但分辨力能确定的数值作为评价被测系统的像质综合性指标，并且不需要多少经验就能获得正确的分辨力值。
1.2 用于设计阶段的像质评价指标主要有几何像差、垂轴像差、波象差、光学传递函数、点阵图、点扩散函数、包围圆能量等。
任何一个实际光学系统的实际成像总与理想成像存在差异，实际成像不可能绝对地清晰和没有变形，这种成像差异就是所谓的像差。
下面对几何像差和垂轴像差进行分类和总结。
1.2.1 几何像差主要分为两种：轴上点像差和轴外点像差。
（1）轴上点的像差又分为：轴上点的球差和轴上点的色差。
轴上点的球差：由物点A 发出与光轴夹角相等为在同一锥面上的光线对经系统以后，其出射光线同样位在一个锥面上，锥面顶点就是这些光线的聚焦点，而且必然位在光轴上。
光线与光轴的夹角不同聚焦点的位置发生改变。
也就是物点A 发出的光不再聚焦于同一点，我们称其为球差。
用不同孔径光线对理想像点'0A 的距离''''''0 1.000.8500.7A A A A A A ........表示。
光学设计报告
光学设计课程报告班级:学号:姓名:日期:目录一、双胶合望远物镜的设计 (02)二、摄远物镜的设计 (12)三、对称式目镜的设计与双胶合物镜的配合 (20)四、艾尔弗目镜的设计 (30)五、低倍消色差物镜的设计 (38)六、无限筒长的高倍显微物镜的设计 (47)七、双高斯照相物镜的设计 (52)八、反摄远物镜的设计 (62)九、课程总结 (70)一、双胶合望远物镜的设计1、设计指标:设计一个周视瞄准镜的双胶合望远物镜(加棱镜),技术要求如下:视放大率:3.7⨯;出瞳直径:4mm;出瞳距离:大于等于20mm;全视场角:210w=︒;物镜焦距:'=85f mm物;棱镜折射率:n=1、5163(K9);棱镜展开长:31mm;棱镜与物镜的距离40mm;孔径光阑为在物镜前35mm。
2、初始结构计算(1) 求Jhhz，，根据光学特性的要求4.728.142= ==Dh:44.75tan85tan''=⨯=•=οωfy0871.''==fhu648.'''==yunJ(2)计算平行玻璃板的像差与数CSSSII II，，平行玻璃板入射光束的有关参数为0871.0=u0875.0)5tan(-=-=οzu005.1-=uuz平行玻璃板本身的参数为d=31mm; n=1、5163; 1.64=ν带入平行玻璃板的初级像差公式可得:000665.01.51631-1.5163×0.0871×-311324432-==--=IdunnS0.0006682=(-1.005)×-0.000665=uu×=zII ISS000824.0087.05163.11.6415163.13112222-=⨯⨯-⨯-=--=IunndSCυ(3)根据整个系统的要求,求出系统的像差与数SⅠ,SⅡ,CSⅠ:为了保证补偿目镜的像差,要求物镜系统(包含双胶合物镜与棱镜)的像差为:'mδL=0.1mm,'0.001mSC=-,'0.05FCL mm∆=(4)列出初级像差方程式求解双胶合物镜的CWP，，∞∞由于棱镜物镜系统S S S +=所以双胶合物镜的像差与数为000852.0-棱镜系统-==I I I S S S0019642.0-棱镜系统-==II II I I S SS000444.0-棱镜系统==I I I C CS SS C(5)列出初级像差方程求P,W,C(6)由P,W,C 求CW P，，∞∞由于h=7、4,f ’=85,因此有进而可得:174.0)(3==ϕh PP3994.0)(2==ϕh W W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:174.0==∞P P 3994.0==∞W W将∞∞W P ，带入公式求0P根据,查找玻璃组合。
光学设计__冉斯登目镜
M,S,SA引言目镜是目视光学系统的重要组成部分。
被视察的物体通过望远镜和显微物镜成像在目镜的物方焦平面处，经目镜系统放大后将其成像在无穷远处，供人眼观察。
从目镜的光学特性来讲，具有以下特点：（1）焦距短。
一般目镜的焦距在15mm-30mm左右，和一般望远镜比起来，焦距短是它的一个特点。
（2）相对孔径比较小。
由于目镜的出射光束直接进入人眼的瞳孔，人眼瞳孔的直径一般在2mm-4mm左右变化，因此大多数实验室仪器出瞳直径一般在2mm左右，目镜焦距常用的范围为15mm-30mm，故目镜的相对孔径一般小于1/5.（3）视场角大。
通常在。
60左右。
40左右，广角目镜的视场在。
（4）入瞳和出瞳远离透镜组目镜设计原则：在设计目镜时，通常按反向光路计算像差，即假定物平面位于无限远，目镜对无限远目标成像，在目标的焦面上衡量系统的像差。
至于目镜的光瞳位置，可以按两种方式给出。
第一种方式是把实际系统的出瞳作为反向光路时目镜的入瞳，给出入瞳距离p，入瞳直径D等于系统要求的出瞳直径。
在目镜像差校正的过程中，要求保证边缘视场的主光线通过正向光路时物镜的出瞳中心（即正向光路目镜的入瞳中心）。
其他视场的主光线，由于存在光阑球差并不通过同一点，这样计算出来的像差和实际成像光束的像差虽完全不同，但一般较小，可以忽略。
第二种方式是如果像差计算程序能够在给出实际光阑后自动求出入瞳位置，并用调整主光线位置的方法，保证不同视场的主光线通过实际光阑的中心。
这样可以把正向光路时物镜的出瞳作为实际光阑给出，计算出来的像差和实际成像光是的情况符合。
本设计采用第一种方法。
在望远镜和显微镜中，目前常用的目镜有惠更斯目镜、冉斯登目镜、凯涅耳目镜、对称式目镜、无畸变目镜和广角目镜。
冉斯登目镜，由两个焦距相等的平凸透镜组成，两个凸面相对，两者的间距d等于焦距的2／3。
冉斯登目镜的球差、轴向色差和畸变等均小于惠更斯目镜，但垂轴色差较大。
若用消色差胶合透镜代替接目镜（称为开尔纳目镜），则可校正垂轴色差。
10倍望远镜光学系统设计（普罗型）
10倍望远镜光学系统设计（普罗型）10倍望远镜光学系统设计（普罗型）摘要⽬前国内⽣产望远镜的⼚家（公司）较多，产品⼤部分销于国外，⽽对产品的性能精度要求越来越⾼，为适应社会要求，为使学⽣初步掌握光学仪器设计过程，光学系统是在透镜的基础上，以不同的组合来实现的，深⼊研究了正负透镜的成像规律和组合光路的成像特性，才能更好的研究复杂的光学系统，为⾼科技普及于民打下坚实基础。
进⼊⼆⼗⼀世纪，科学技术飞速发展，对应⽤软件的开发和使⽤，成为社会发展的重要途径。
本课题研究的主体是10倍普罗型望远镜光学系统。
普罗棱镜⼜叫直⾓棱镜，是传统的经典设计，⽐较常见的设计是由两个完全相同的直⾓棱镜构成，优点是形状简单，容易加⼯和装配，缺点是相对屋脊棱镜，重量和体积较⼤。
设计出10倍普罗型望远镜的技术指标：放⼤率10* D/f＇=1:6 视场2w =5°正像视度调节范围±5折光度. 分别计算出物镜、⽬镜的焦距，出瞳、⼊瞳的直径，视场光阑的直径，⽬镜的视场⾓，瞳距，⽬镜⼝径，⽬镜的视度调节范围。
将所得数据输⼊ZEMAX软件实现像差的校正与平衡。
最终设计出合格望远镜，画出零件图。
关键词：光学系统设计；望远镜；透镜成像；像差T en times the optical telescopes system design（porro）AbstractThe current domestic production of a telescope of the manufacturer said that most of the foreign product to sell, with the product and higher accuracy, in order to adapt to society, to prepare students to master optical instrument for the preliminary design process 。
光学设计
名词解释：1.像差：实际光学系统所成的像和近轴区所成的像的差异称为像差。
2.球差：轴上点发出的同心光束经光学系统各个球面折射后，不再是同心光束，其中与光轴成不同角度的光线交光轴于不同的位置上，相对于理想像点有不同的偏离，这种偏离称为球差。
3.齐明点（不晕点）：如果轴上一对共轭点消球差，且满足即阿贝正弦条件,则在该轴上物点垂轴方向上的近轴物点也完善成像(即既无球差，又无彗差)。
这样的共轭点称为齐明点或不晕点。
4.正弦差：轴外小视场成像的宽光束的不对称性的量度，其值等于慧差与像高的比值。
5慧差：如果正弦差值太大，则光学系统不满足等晕条件，此时，近轴点成像光束的不对称性将破坏，像方本应对称于主光线的各对子午线的交点将不再位于主光线上。
因而引进了一种以其偏移量KT表征的子午不对称像差。
同样在弧矢面上的弧矢光束，对称于主光线的各对弧矢光线，其交点也不在主光线上（在因弧矢面对称于子午平面，其交点在子午平面上），相应地用其偏移量KS表针弧矢不对称的像差。
子午光束与弧矢光束的这一不对称性像差在数值上是不同的。
由于这种不对称性的存在，使得近轴点的成像光束与高斯面相截而成一彗星状的弥散斑（对称与子午面），这种不对称性像差成为彗差。
正弦差适用于小视场范围，慧差适用任意系统。
6.象散：失对称的光束中，子午像点和弧矢像点并不重合在一起，这种现象相应的像差称为象散。
7.子午场曲：某一视场的子午像面相偏离高斯像面的距离称为子午像面弯曲，简称子午场曲。
8.弧矢场曲：某一视场的弧矢像面相偏离高斯像面的距离称为弧矢像面弯曲，简称弧矢场曲。
9.匹兹伐场曲：理想的平面物体所产生的理想像为有一定弯曲程度的曲面，称为匹兹伐曲面，或匹兹伐像面，该像面的场曲值称为匹兹伐场曲。
10.畸变：一对共轭物象面上的放大率不为常数时，将是像相对于物失去了相似性，这种使像变形的缺陷称为畸变。
它只改变轴外物点在理想像面上的成像位置，使像失真，不影响清晰度。
11.色差：白光经过光学系统第一个表面折射后，各种色光被分开，随后就在光学系统内以各自的光路传播，造成各种色光之间的成像位置和大小的差异，这种现象叫做色差。
光学设计第17章目镜设计概要
光学设计第17章目镜设计概要
目镜设计是光学系统设计的重要组成部分，它被广泛用于望远镜，机载成像仪，投影机，显微镜，扫描仪等光学系统中，用来设计目镜的基本原理是利用光栅的反射和折射原理来改变光束的方向和组成，以满足被设计系统的要求。
本文将简要介绍目镜设计的基本原理，能量传输分析，目镜设计方法，以及目镜设计中的常见问题。
一、目镜设计的基本原理
目镜，也称作聚光镜或非球面镜，它是一种能够改变光束入射方向和成像物质素质的透镜，它由若干个透镜元件构成，其中大多数是透镜或反射镜。
目镜的设计包括：选择可满足功能要求的镜片组合，根据成像物质属性来设计最优的光路，考虑不同光机参数对光束的影响，以及选择合适的非球面曲面来消除折射畸变和反射畸变。
二、能量传输分析
能量传输分析是目镜设计中的关键，必须清楚知道哪些镜片以及组合会使目镜设计的最终效果达到最佳。
能量传输分析可以用一个简单的光学模型来模拟，模拟结果可以用来评估不同的镜片组合在能量传输方面的表现，以确定最佳的组合。
三、目镜设计方法
1.光面系统计：光面系统计是目镜计的基础。
(完整word版)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1'1ω2'2'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。