凱涅爾目鏡的設(shè)計(jì).doc

1、武漢工程大學(xué) 理學(xué)院課程設(shè)計(jì)（學(xué)年論文）課題名稱： 凱涅爾目鏡的設(shè)計(jì) 專業(yè)班級(jí)： 學(xué)生學(xué)號(hào)： 學(xué)生姓名： 學(xué)生成績(jī)： 指導(dǎo)教師： 課題工作時(shí)間： 2012-06-18 至 2011-06-29 武漢工程大學(xué)教務(wù)處 填寫說(shuō)明：1. 表中第一、二、三、六項(xiàng)由指導(dǎo)教師填寫；第四、五兩項(xiàng)由學(xué)生填寫。2. 表中第一、二、三在在課程設(shè)計(jì)（學(xué)年論文）開始前填寫，第四、五、六項(xiàng)在課程設(shè)計(jì)（學(xué)年論文）完成后填寫。3. 本表格填寫完整后連同正文裝訂成冊(cè)。一、課程設(shè)計(jì)的任務(wù)或?qū)W年論文的基本要求1、 查閱相關(guān)資料，了解望遠(yuǎn)鏡鏡頭光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的發(fā)展現(xiàn)狀、趨勢(shì)。2、 學(xué)習(xí)使用ZEMAX光學(xué)設(shè)計(jì)軟件；學(xué)習(xí)使用ZEMAX分析

2、像差并設(shè)置優(yōu)化函數(shù)；設(shè)計(jì)望遠(yuǎn)鏡物鏡鏡頭，并做簡(jiǎn)單的分析和總結(jié)；撰寫課程設(shè)計(jì)論文。3、 設(shè)計(jì)一個(gè)6倍望遠(yuǎn)鏡的目鏡，入瞳與物鏡重合，目鏡的焦距f=20mm，出瞳直徑D=4mm，出瞳距離，像方視場(chǎng)角。設(shè)計(jì)目鏡時(shí)不考慮和物鏡的像差補(bǔ)嘗。設(shè)計(jì)過程：按反向按反向光路進(jìn)行設(shè)計(jì)，相應(yīng)的光學(xué)特性參數(shù)要求為：，?？赏ㄟ^虛擬面定義入瞳或出瞳位置自變量：五個(gè)曲率半徑、一個(gè)透鏡間隔像差控制：4、 課題設(shè)計(jì)（論文）難度適中，工作努力，遵守紀(jì)律，工作作風(fēng)嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)，按期圓滿完成規(guī)定的任務(wù)。5、 綜述簡(jiǎn)練完整，有見解；立論正確，論述充分，結(jié)論嚴(yán)謹(jǐn)合理；文字通順，技術(shù)用語(yǔ)準(zhǔn)確，符號(hào)統(tǒng)一，編號(hào)齊全，書寫工整規(guī)范，圖表完備、整潔、正

3、確；論文（設(shè)計(jì)）結(jié)果有一定的參考價(jià)值。6、 工作中有創(chuàng)新意識(shí)，對(duì)前人工作有一定改進(jìn)或獨(dú)特見解。二、進(jìn)度安排1、 學(xué)習(xí)zemax軟件的安裝和使用，以單鏡片為例學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的錄入，以及zemax數(shù)據(jù)表格和文獻(xiàn)資料鏡頭數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。2、 學(xué)習(xí)薄透鏡組的基本理論，掌握PW法設(shè)計(jì)雙膠合透鏡的初始結(jié)構(gòu)。3、 學(xué)習(xí)zemax各種像差圖表分析，并與初級(jí)像差理論結(jié)合；4、 學(xué)習(xí)光學(xué)玻璃材料知識(shí)，通過選擇合適的玻璃搭配，校正色差。5、 學(xué)習(xí)查找文獻(xiàn)資料，選擇合適的望遠(yuǎn)鏡目鏡初始結(jié)構(gòu)，用縮放法進(jìn)行縮放，并優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)，并最終得到比較好的設(shè)計(jì)參數(shù)。6、 整理思路，撰寫課程設(shè)計(jì)論文，體現(xiàn)zemax設(shè)計(jì)和優(yōu)化過程；檢查格式，符

4、合課程設(shè)計(jì)論文格式要求。三、參考資料或參考文獻(xiàn)1 劉鈞，高明.光學(xué)設(shè)計(jì)M.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2006.2 郁道銀，談恒英.工程光學(xué)M. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.3 毛文煒.光學(xué)鏡頭的優(yōu)化設(shè)計(jì)M.北京：清華大學(xué)出版社，2009.4 李曉彤，岑兆豐.幾何光學(xué)像差光學(xué)設(shè)計(jì)M，杭州：浙江大學(xué)出版社，2003.5 王之江，實(shí)用光學(xué)技術(shù)手冊(cè)M，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.4、 課程設(shè)計(jì)（學(xué)年論文）摘要（中文）一 摘要 為了克服冉登斯目鏡不能校正垂軸色差的特點(diǎn)，將平凸的接目鏡換成雙膠合透鏡，這就是凱涅爾目鏡。如圖滿足象散和慧差的兩個(gè)條件是： 在圖中，在目鏡中必須0,即要求光闌位于目鏡

5、的前方。由以上公式可以看到，當(dāng)減小時(shí)增大，相當(dāng)于增大的目鏡的出瞳距離,由于膠合透鏡組有可能采取比單透鏡小一些的值，因此凱涅爾目鏡的相對(duì)出瞳距離/可以到達(dá)1/2。同時(shí)由于可以校正垂軸色差，視場(chǎng)可以達(dá)到45o50o。二 設(shè)計(jì)要求，參數(shù)計(jì)算及優(yōu)化第一節(jié) 設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)一個(gè)6望眼鏡的目鏡，目鏡焦距=20，出瞳距離=10，2=45，=4?？紤]場(chǎng)鏡對(duì)整個(gè)目鏡的焦距的影響，?。?=1.2=1.2 20=24根據(jù)出瞳距離的要求=10，對(duì)接眼的透鏡組來(lái)說(shuō)： 由此得到接眼鏡在規(guī)劃條件下=0.415根據(jù)前面提到的單個(gè)透鏡組對(duì)無(wú)限遠(yuǎn)目標(biāo)成像時(shí)象散和慧差同時(shí)為零的條件： 將代入以上公式，得到要求的值： 為了校正垂軸色差

6、，接眼透鏡組的=0，如果要求目鏡產(chǎn)生一定的垂軸色差。以便和物鏡補(bǔ)償，可以取一個(gè)大于零或小于零的數(shù)值。我們這里不考慮色差的補(bǔ)償，所以?。?=0; =0.93第二節(jié) 參數(shù)計(jì)算 利用雙膠合透鏡組P表查表選擇玻璃，為了減小高級(jí)相差，應(yīng)盡量采取和絕對(duì)值小的玻璃。使膠合面的半徑盡量大些，我們選用ZF3-ZK3-K9，有關(guān)參數(shù)如下：表2-1 所用到的三種玻璃的部分參數(shù)參數(shù)nZF31.1621 1.59 -1.5ZK3-0.24601.712.24K9-0.09862.061.97 將帶入前面公式中的表示得： =2.6=2.5 （21）根據(jù)利用公式： （22） （23） （24） 將數(shù)據(jù)代入以上公式得到： =

7、 =0.5 根據(jù)接眼透鏡的焦距24mm，求出相應(yīng)的半徑： 下面再根據(jù)光瞳位置的要求，求場(chǎng)鏡的焦距。首先要求接眼透鏡的出瞳位置。對(duì)接眼透鏡有： ，帶入共軛點(diǎn)方程式得： 取接眼透鏡和場(chǎng)鏡之間的間隔=18，由2-1得： （25）考慮到兩個(gè)透鏡組的主平面位置=-42。根據(jù)望遠(yuǎn)鏡倍率6，要求： =5+620=125 （26）將的值代入共軛點(diǎn)方程式得： （ 27） =31.4場(chǎng)鏡采用K9玻璃，并做成平凸行，得到： =31.40.5163=16.2 第三節(jié) 設(shè)計(jì)要求： 焦距f=20mm 入瞳直徑：D=4mm 視場(chǎng)角 2.初級(jí)結(jié)構(gòu)的參數(shù)為 r d 玻璃 48 1.5 ZF6 13.36 4.5 ZK3-16.

8、14 16 21 4.5 K9 3.（1）參數(shù)設(shè)置 （2）根據(jù)上面的參數(shù)，在zemax軟件中運(yùn)行的光學(xué)圖如下 圖1 優(yōu)化所得目鏡光路 優(yōu)化前像差 圖2 圖3 圖4 圖5 3對(duì)目鏡進(jìn)行局部數(shù)據(jù)的優(yōu)化，優(yōu)化圖如下： 表1 優(yōu)化后的數(shù)據(jù)表 圖6 優(yōu)化后的目鏡光路優(yōu)化后的像差： 圖7 圖8 圖3 三 課設(shè)總結(jié) 通過一個(gè)多星期的學(xué)習(xí)，自己對(duì)凱涅爾目鏡的設(shè)計(jì)，從查閱相關(guān)資料，對(duì)比各種光學(xué)器件，從而得出自己能夠入手的光學(xué)器件凱涅爾目鏡的設(shè)計(jì)。這次的課程設(shè)計(jì)，雖然只是研究單一的目鏡，但是通過幾天的學(xué)習(xí)，和老師交換意見和建議，并且包括了基礎(chǔ)知識(shí)的積累、理論的成型、ZEMAX軟件和Visio的使用、設(shè)計(jì)目鏡的實(shí)現(xiàn)

9、，和期間目鏡系統(tǒng)的不斷優(yōu)化和驗(yàn)證，可以說(shuō)讓我們對(duì)于光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的整個(gè)過程都有了一個(gè)整體和客觀的認(rèn)識(shí)。 在課設(shè)中我學(xué)習(xí)到了自我學(xué)習(xí)發(fā)的作用，只有不斷的學(xué)習(xí)，不斷的去思考，不斷的去尋求答案，不斷的去實(shí)踐，你才會(huì)真的掌握一種技術(shù)。感謝老師這幾天的指導(dǎo)，感謝這幾天和給予我?guī)椭耐瑢W(xué)。我將會(huì)銘記這次寶貴的經(jīng)驗(yàn)和這幾天所有得到的快樂。六、指導(dǎo)教師評(píng)分評(píng)價(jià)內(nèi)容具 體 要 求權(quán)重得分調(diào)查論證能獨(dú)立查閱文獻(xiàn)和從事其他調(diào)研；能提出并較好地論述課題的實(shí)施方案；有收集、加工各種信息及獲得新知識(shí)的能力。10實(shí)踐能力獨(dú)立設(shè)計(jì)、計(jì)算、繪圖的能力（課程設(shè)計(jì)）；能正確選擇研究（實(shí)驗(yàn)）方法，獨(dú)立進(jìn)行研究的能力（學(xué)年論文） 15分析解決問題能力能運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和技能去發(fā)現(xiàn)與解決實(shí)際問題（課程設(shè)計(jì)）；或能對(duì)課題進(jìn)行理論分析，得出有價(jià)值的結(jié)論（學(xué)年論文）。15工作量、工作態(tài)度按期圓滿完成規(guī)定的任務(wù)，工作量飽滿，難度較大，工作努力，遵守紀(jì)律；工作作風(fēng)嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)。10質(zhì)量綜述簡(jiǎn)練完整，有見解；立論正確，論述充分，結(jié)論嚴(yán)謹(jǐn)合理（或設(shè)計(jì)過程完整，設(shè)計(jì)內(nèi)容完全）；文字通順，技術(shù)用語(yǔ)準(zhǔn)確，符號(hào)統(tǒng)一，編號(hào)齊全，書寫工整規(guī)范，圖表完備、整潔、正確；論文（設(shè)計(jì)）結(jié)果有參考價(jià)值。40外語(yǔ)和計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力在