1034328992光学仪器基础课程设计凯涅尔目镜设计.doc

电气工程学院课程设计说明书设计题目： 凯涅尔目镜设计 系 别： 工业自动化仪表 年级专业： xx 学 号： xx 学生姓名： xx 指导教师： 教师职称： 副教授 讲师 电气工程学院课程设计任务书课程名称： 光学仪器基础课程设计 基层教学单位： 自动化仪表系 指导教师： 学号xx学生姓名xx（专业）班级xx设计题目凯涅尔目镜的设计设计技术参数设计一个6×望远镜的目镜焦距=20mm，出瞳距离=8，要求目镜本身校正球差、慧差、轴向色差工作距离大于视度调节量设计要求计算望远目镜的各个参数；上机用软件进行优化，确定最后的设计结构，满足像差要求参考资料1、 刘钧，高明编著，光学设计，2006，西安电子科技大学出版社，西安2、 光学仪器设计手册，1971，国防科技出版社，北京3、 王之江，顾培森编著，实用光学技术手册，2006，机械工业出版社4、 B.B.费菲洛夫著 应用光学，1959，测绘出版社5、 光学设计软件ZEMAX周次第一周第二周应完成内容计算设计处望远物镜的各个参数上机进行优化设计，确定最后的设计结构指导教师签字基层教学单位主任签字说明：1、此表一式三份，系、学生各一份，报送院教务科一份。 2、学生那份任务书要求装订到课程设计报告前面。电气工程学院 教务科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 目录第一章 摘要. 2第二章 设计要求、参数计算及优化.3 第一节 设计要求.3 第二节 参数计算.4 第三节 优化. .6 第三章 课设总结.10参考文献.11第一章 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1-1.满足象散和慧差的两个条件是： (1-1) (1-2)在图1-1中，在目镜中必须>0,即要求光阑位于目镜的前方。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。 第二章 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=8，2=45，=2。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，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： = =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+6×20=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： =31.4×0.5163=16.2 第三节 优化 把第二节求得的接眼透镜和场镜的半径加上适当的厚度以后，全部结构参数如下表：表2-2 根据计算结果，用到的各参数如下-51.01.0481.51.71721.71037(ZF3)13.364.51.58911.58624(ZK3)-16.14181.01.016.24.51.51631.51389(K9)-81.01.0根据表2-2中的数据，在ZEMAX软件中运行所得光学图如下：图2-1 优化前所得目镜光路优化前象差： 图2-2 图2-3 图2-4 图2-5在图一中看到出瞳距离太大，不能有效的接受聚焦光，而且由于的取值问题，使得从透镜边缘入射的光不能有效的聚焦，根据图像的不足之处，选择适当的自动调节值，对目镜进行局部数据的优化，优化如下图：图2-6 优化后的目镜光路优化后象差： 图2-7 图2-8 图2-9 图2-10表2-3 优化后的数据-11.851.01.0481.51.71721.71037(ZF3)13.364.51.58911.58624(ZK3)-16.14121.01.0134.51.51631.51389(K9)-5005.1767271.01.0 在图二上可以看出，优化后的目镜具有良好的聚焦性。和图一比较，不管是聚焦性还是各种参数都有了一个比较合适的变化，相关的优化图形可以结合大图参考！下面再验算一下工作距离，首先求出视度调节量： （31）工作距离>2,符合要求。第三章 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，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。参考文献1、 刘钧，高明编著，光学设计，2006，西安电子科技大学出版社，西安2、 光学仪器设计手册，1971，国防科技出版社，北京3、 王之江，顾培森编著，实用光学技术手册，2006，机械工业出版社4、B.B.费菲洛夫著 应用光学，1959，测绘出版社5、光学设计软件ZEMAX