望远物镜设计.docx

1、望远物镜设计1.望远物镜有什么光学特性和像差特性?望远物镜的光学特性有以下两点：1.1相对孔径不大在望远光学系统中，入射的平行光束经过系统以后仍为平行光束，因此物镜 的相对孔径（D; f物）和目镜（ D目） 的相对孔径是相等的。目镜的相对孔径 主要由出瞳直径D和出瞳距离lz决定。目前观察望远镜的出瞳直径 D般为 4mm左右，出瞳距离lz一般要求20mm左右，为了保证出瞳距离，目镜的焦距f目 一般不能小于25mm，这样目镜的相对孔径为D电1f目 25 6所以，望远物镜的相对孔径小于1/5。1.2视场较小I望远镜的视放大率为 tanW，目前常用目镜的视场2w大多在70以下，tan w这就限制了物镜

2、的视场不能太大。如一个8的望远镜，可得物镜视场2w为10。 通常望远物镜的视场不大于10。像差特性：由于望远物镜的相对孔径和视场都不大， 因此它的结构形式比较简单，要求校正的像差也比较少，一般主要校正边缘球差 Lm，轴向色差Lfc和边缘孔径的正弦差SCm。而不校正Xs， Xp和yZ以及垂轴色差 yFc。由于望远物镜要和目镜、棱镜或透镜式转像系统组合起来使用， 所以再设计 物镜时，应考虑到它和其他部分之间的像差补偿。在物镜光路中有棱镜的情形， 棱镜的像差要有物镜来校正。另外，目镜中常有少量球差和轴向色差无法校正， 也需要物镜的像差给予补偿。所以物镜的Lm， Lfc，SCm常常不是校正到零，而是要

3、求它等于指定的数值。望远镜属于目视光学仪器，设计目视光学仪器（包括望远镜和显微镜）一般对F （486.13nm）和C（656.28nm）校正色差，对 D（ 589.3nm）校正单色像差。2.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：2w 10 ;物镜焦距：f物 = 85mm;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。为了保证补偿目镜的像差，要求物镜系统（包含双胶合物镜和棱镜）的像差为.5Lm =0.1mm SCm 0.001 LF

4、C 0.05mm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解答:n-15 0.088170f物 tanw 85*tan(5 ) 7.44 ; uz tan( 5 )棱镜入射光束的相关参数:匹D得入瞳直径D=15mm; u呻tan w D f 物J nu y 0.655;棱镜本身参数为：d=31mm, n=1.5163, v=64.1(1)棱镜的初级像差:球差：S0畸变：Svn2 13ndu4 ;慧差：Su SuzuSmUzU垂轴色差:SH C对于望远镜系统来说,计算球差、慧差和轴向色差:du4 =-0.00069; Sn Sn土 =

5、0.00068;u-0.00084(2)双胶合物镜的初级像差求解:根据整个系统的要求，求出系统的像差和数 S,SuSi c :$ 2nu2 L 2 (0.088)2 0.1 0.00159Su 2nuKs 2n u(SCgy) 0.00131I IQ IS c n u Lfc 0.00039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：S 0.00159 ( 0.00069) 0.0009Su 0.00131 0.00068 0.000630.00039 ( 0.00084) 0.00045(2.1)下面初级像差方程求 P, W, Chp 7.5* p

6、 0.0009 , P=-0.00012Su0.00012=-0.1760.0883哼=-0.9520.0882Cgf物0.000008*85=0.00068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:P =P -0.176, W =W -0.952, C 0.00068一 2P0=P -0.85 W -0.15 -1.208(2.2)根据P0和C选玻璃，得到:K0: nD=1.5181，v=58.9ZF1 : nD=1.6475, v=33.95.10(2.3)求透镜组半径2.302由上面的结果求半径:1 Q 2.302 6.142 3.84r21 1 r1 ni 1

7、r21 13 S r)2 12.3021.5181 13.84 0.6033.841.3021.6475 11.829上面的半径对应于焦距为1，将它们乘以焦距f物=85mm，最后求得半径为:r1 140.96, r2 22.14, r3 46.47(2.4)透镜厚度的选择：d1 4,d2 2双胶合物镜的全部参数为:r1 140.96, r2 22.14, r3 46.47d1 4, d2 2K10, ZF1(3)ZEMAX得到的初始结构为如下：焦距为 92mm将焦距设为85mm,优化后的结果为:2皿士 ：沖*C f_ 1 ar zE 如X -P itmmjrCameBdidordInf Ini

8、t yEti CiTilti-yInf irLlt-sT0. DOC DOETQisriiifiiey甜-W DUQ7- DDQmao 口 a2S9.a20E9.000003111ML 匚17X1OJDOC DO3SL wjl fard.-2?.340972.ooDaaZfLIfl. A1BMD.IDODDO4血丄竹丄tU.UUUUU00000050t shBtd.lAf lirilt /3100000H-P3LO.OOCDOSt ma ardInilnaryZ2.9QSI61胃L . iDDDDDLHA15b. i3iA.afdInii&iEv77179O.OMOO刁 kH ；f 4*27

9、- -1优化后结果比较理想，但含有少量的球差和慧差。3.设计一个摄远物镜，其光学性能须满足以下要求:If 250mmD. f 1:72w 1.5解：摄远物镜的特点就是系统的焦距大于系统长度，系统的相对孔径受到前组相 对孔径的限制。结构参数如下：0EJTiifLM丄皿丄匚乎5 TOStandard.9CL 5T794：3-DDCDOH-B432因丄6 765 OUOOOEF63Standard-440.33Z311.DOODO4St inlai d94.802816.00000H-ZH75Standard19.4934170.00000g1O.915空.OdDOO7St sartar d-IO.

10、20CEO1-ZDOOQ:-2ka0-r *4.设计一个两镜式反射式物镜，焦距 500mm,相对孔径1:5,半视场角1中心遮 拦 30%。解:取主镜口径100mm,焦距200mm,相对孔径为1:2，则次镜的相对孔径为1:2.5, 系统遮光比0.3，主镜与次镜之间的间隔d=140mm。次镜半径为-200mm。设计的结构如下：Sur : T/pekacLi.-Ll3-Till 二上血GJ.鼻耳工吿!=jki Dxaneti erCuziLcOBJ呂匕ax恵ar dXzi iaiiz-yIxf i-nxly0.0OOOOETO-4do.oaooo-140P0003DEIRR0S.占.OE44一 jU L3S922*St WC-fird-00,0000000030KIRROB1石.00000-G 3Q449二 HAG7PZ8D QOOOO