凯涅尔目镜的设计

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1、武汉工程大学 理学院课程设计（学年论文）课题名称： 凯涅尔目镜的设计 专业班级： 学生学号： 学生姓名： 学生成绩： 指导教师： 课题工作时间： 2012-06-18 至 2011-06-29 武汉工程大学教务处 填写说明：1. 表中第一、二、三、六项由指导教师填写；第四、五两项由学生填写。2. 表中第一、二、三在在课程设计（学年论文）开始前填写，第四、五、六项在课程设计（学年论文）完成后填写。3. 本表格填写完整后连同正文装订成册。一、课程设计的任务或学年论文的基本要求1、 查阅相关资料，了解望远镜镜头光学系统设计的发展现状、趋势。2、 学习使用ZEMAX光学设计软件；学习使用ZEMAX分析

2、像差并设置优化函数；设计望远镜物镜镜头，并做简单的分析和总结；撰写课程设计论文。3、 设计一个6倍望远镜的目镜，入瞳与物镜重合，目镜的焦距f=20mm，出瞳直径D=4mm，出瞳距离，像方视场角。设计目镜时不考虑和物镜的像差补尝。设计过程：按反向按反向光路进行设计，相应的光学特性参数要求为：，。可通过虚拟面定义入瞳或出瞳位置自变量：五个曲率半径、一个透镜间隔像差控制：4、 课题设计（论文）难度适中，工作努力，遵守纪律，工作作风严谨务实，按期圆满完成规定的任务。5、 综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论严谨合理；文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，书写工整规范，图表完备、整洁、正

3、确；论文（设计）结果有一定的参考价值。6、 工作中有创新意识，对前人工作有一定改进或独特见解。二、进度安排1、 学习zemax软件的安装和使用，以单镜片为例学习数据的录入，以及zemax数据表格和文献资料镜头数据的转换。2、 学习薄透镜组的基本理论，掌握PW法设计双胶合透镜的初始结构。3、 学习zemax各种像差图表分析，并与初级像差理论结合；4、 学习光学玻璃材料知识，通过选择合适的玻璃搭配，校正色差。5、 学习查找文献资料，选择合适的望远镜目镜初始结构，用缩放法进行缩放，并优化结构参数，并最终得到比较好的设计参数。6、 整理思路，撰写课程设计论文，体现zemax设计和优化过程；检查格式，符

4、合课程设计论文格式要求。三、参考资料或参考文献1 刘钧，高明.光学设计M.西安：西安电子科技大学出版社，2006.2 郁道银，谈恒英.工程光学M. 北京：机械工业出版社，2011.3 毛文炜.光学镜头的优化设计M.北京：清华大学出版社，2009.4 李晓彤，岑兆丰.几何光学像差光学设计M，杭州：浙江大学出版社，2003.5 王之江，实用光学技术手册M，北京：机械工业出版社，2007.4、 课程设计（学年论文）摘要（中文）一 摘要 为了克服冉登斯目镜不能校正垂轴色差的特点，将平凸的接目镜换成双胶合透镜，这就是凯涅尔目镜。如图满足象散和慧差的两个条件是： 在图中，在目镜中必须0,即要求光阑位于目镜

5、的前方。由以上公式可以看到，当减小时增大，相当于增大的目镜的出瞳距离,由于胶合透镜组有可能采取比单透镜小一些的值，因此凯涅尔目镜的相对出瞳距离/可以到达1/2。同时由于可以校正垂轴色差，视场可以达到45o50o。二 设计要求，参数计算及优化第一节 设计要求 设计一个6望眼镜的目镜，目镜焦距=20，出瞳距离=10，2=45，=4。考虑场镜对整个目镜的焦距的影响，取： =1.2=1.2 20=24根据出瞳距离的要求=10，对接眼的透镜组来说： 由此得到接眼镜在规划条件下=0.415根据前面提到的单个透镜组对无限远目标成像时象散和慧差同时为零的条件： 将代入以上公式，得到要求的值： 为了校正垂轴色差

6、，接眼透镜组的=0，如果要求目镜产生一定的垂轴色差。以便和物镜补偿，可以取一个大于零或小于零的数值。我们这里不考虑色差的补偿，所以取： =0; =0.93第二节 参数计算 利用双胶合透镜组P表查表选择玻璃，为了减小高级相差，应尽量采取和绝对值小的玻璃。使胶合面的半径尽量大些，我们选用ZF3-ZK3-K9，有关参数如下：表2-1 所用到的三种玻璃的部分参数参数nZF31.1621 1.59 -1.5ZK3-0.24601.712.24K9-0.09862.061.97 将带入前面公式中的表示得： =2.6=2.5 （21）根据利用公式： （22） （23） （24） 将数据代入以上公式得到： =

7、 =0.5 根据接眼透镜的焦距24mm，求出相应的半径： 下面再根据光瞳位置的要求，求场镜的焦距。首先要求接眼透镜的出瞳位置。对接眼透镜有： ，带入共轭点方程式得： 取接眼透镜和场镜之间的间隔=18，由2-1得： （25）考虑到两个透镜组的主平面位置=-42。根据望远镜倍率6，要求： =5+620=125 （26）将的值代入共轭点方程式得： （ 27） =31.4场镜采用K9玻璃，并做成平凸行，得到： =31.40.5163=16.2 第三节 设计要求： 焦距f=20mm 入瞳直径：D=4mm 视场角 2.初级结构的参数为 r d 玻璃 48 1.5 ZF6 13.36 4.5 ZK3-16.

8、14 16 21 4.5 K9 3.（1）参数设置 （2）根据上面的参数，在zemax软件中运行的光学图如下 图1 优化所得目镜光路 优化前像差 图2 图3 图4 图5 3对目镜进行局部数据的优化，优化图如下： 表1 优化后的数据表 图6 优化后的目镜光路优化后的像差： 图7 图8 图3 三 课设总结 通过一个多星期的学习，自己对凯涅尔目镜的设计，从查阅相关资料，对比各种光学器件，从而得出自己能够入手的光学器件凯涅尔目镜的设计。这次的课程设计，虽然只是研究单一的目镜，但是通过几天的学习，和老师交换意见和建议，并且包括了基础知识的积累、理论的成型、ZEMAX软件和Visio的使用、设计目镜的实现

9、，和期间目镜系统的不断优化和验证，可以说让我们对于光学系统设计的整个过程都有了一个整体和客观的认识。 在课设中我学习到了自我学习发的作用，只有不断的学习，不断的去思考，不断的去寻求答案，不断的去实践，你才会真的掌握一种技术。感谢老师这几天的指导，感谢这几天和给予我帮助的同学。我将会铭记这次宝贵的经验和这几天所有得到的快乐。六、指导教师评分评价内容具 体 要 求权重得分调查论证能独立查阅文献和从事其他调研；能提出并较好地论述课题的实施方案；有收集、加工各种信息及获得新知识的能力。10实践能力独立设计、计算、绘图的能力（课程设计）；能正确选择研究（实验）方法，独立进行研究的能力（学年论文） 15分

10、析解决问题能力能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题（课程设计）；或能对课题进行理论分析，得出有价值的结论（学年论文）。15工作量、工作态度按期圆满完成规定的任务，工作量饱满，难度较大，工作努力，遵守纪律；工作作风严谨务实。10质量综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论严谨合理（或设计过程完整，设计内容完全）；文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，书写工整规范，图表完备、整洁、正确；论文（设计）结果有参考价值。40外语和计算机应用能力在课程设计或学年论文中，能够体现外语和计算机的应用能力。5创新工作中有创新意识；对前人工作有改进或独特见解。5综合评语指导教师签字： 年 月 日 七、答辩记录记录人（签字）： 年 月 日答辩意见及答辩成绩答辩小组教师（签字）： 年 月 日课程设计（学年论文）总评成绩：（指导教师评分80%+答辩成绩20%）