光学课程设计--光学目镜的设计.doc

目录
第1章绪论………………………………………1
第2章像差简介…………………………………3
第3章对称式目镜设计…………………………5
第4章利用ZEMAX软件优化………………11
第5章设计心得体会…………………………16
参考文献
第1章绪论

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。然而,一个高质量的成像光学系统是要靠好的光学设计去完成,因此,光学设计是实现各种光学仪器的基础。
光学设计所要完成的工作包括光学系统设计和光学结构设计。
光学系统设计就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、和各光组的结构等。为光学仪器设计一个光学系统大体上可以分为两个阶段。第一阶段是根据仪器总体的技术要求(性能指标、外形体积、重量以及有关技术要求),从仪器的总体(光学、机械、电路及计算技术)出发,拟定出光学系统的原理图,并初步计算系统的外形尺寸,以及系统中各部分要求的光学特性等
。一般称这一阶段的设计为“初步设计”或者“外形尺寸计算”。第二阶段是根据初步设计的结果,确定每个透镜组的具体结构参数(半径、厚度、间隔、玻璃材料),以保证满足系统光学特性和成像质量的要求。这一阶段称为“像差设计”,一般简称“光学设计”。评价一个光学系统设计的好坏,一方面要看它的性能和成像质量,另一方面还要看系统的复杂程度。一个好的设计应该是在满足使用要求(光学性能、成像质量)的情况下,结构设计最简单的系统。


光学设计就是选择和安排光学系统中各光学零件的材料、曲率和间隔,使系统的成像性能符合应用要求。一般设计过程基本是减小像差到可以忽略不记的程度,光学设计可以概括为以下几个步骤:
选择系统的类型:
分配元件的光焦度和间隔:
校正初级像差:
减少残余像差;
以上每个步骤可以包括几个环节,重复地循环这几个步骤,最终会找到一个满意的结果。
像差简介

自光轴上一点发出的同心光束经光学系统各个球面折射以后,不再是同心光束,其中与光轴成不同角度(或离光轴不同高度)的光线交光轴于不同的位置上,相对于理想点有不同的偏差,这种偏差称之为球差,以
其中代表一定孔径高光线的聚焦点的像距;为近轴像点的像距。
正弦差及慧差
正弦差:对于轴外物点,主光线不是系统的对称轴,对称轴是通过物点和球心的辅助轴。由于球差的影响,对称于主光线的同心光束,经光学系统后,它们不再相交于一点,在垂轴方向也不与主光线相交,即相对主光线失去对称性。正弦差即用来表示小视场时宽光束成像的不对称性。
垂直于光轴平面内有两个相邻点,一个是轴上点,一个是靠近光轴的轴外点,其理想成像条件是
上式即所谓正弦条件。当光学系统满足正弦条件时,若轴上点理想成像,则近轴物点也理想成像,即光学系统既无球差也无正弦差,这就是所谓的不晕成像。
对于近轴物点,用宽光束成像时也不能成完整像,故只能要求其成像光束结构与轴上点成像的光束结构一致,也就是说,轴上点和近轴点有相同的成像缺陷。欲满足上述要求,光学系统必须满足如下条件:
这个条件称为等晕条件。它是光学系统轴上点成像有剩余球差时,近轴点或垂轴小面积成同质像的充要条件。满足等晕条件的成像成为等晕成像。式中,除是第二近轴光线计算的出瞳距(系统最后一面到出射光瞳的距离)以外,其他的量都是轴上点光线的量,为近轴区垂轴放大率。
慧差:当光学系统不满足等晕条件时,近轴点成像光束的的对称性将被破坏,像方本应对称与主光线的各队子午光线的交点将不再位于主光线上。称这种不对称性像差为慧差。
像散
像散:在整个失对称的光束中,子午面上的子午光束、弧矢面上的弧矢光束,因为很细能各自会聚一点于主光线上,但子午细光束的会聚点(称子午像点)和弧矢细光束的会聚点(称弧矢像点)并不重合在一起,前者,子午像点比弧矢像点离开系统最后一面近;后者则相反。与这种现象相应的像差称为像散。对于宽光束,由于球差和慧差的影响,根本会聚不到一点。
畸变
在实际的光学系统中,视场角较大或者很大时,像的放大率随市场而异,不再是常数。一对共轭物平面上的放大率不为常数时,将使像相对于物失去了相似性,这种使像变形的缺陷称为畸变。
色差
描述轴上点用两种色光成像时成像位置差异的色差称为位置色差,也称轴向色差
对称式目镜设计
对称式目镜简介
对称式目镜是目前应用比较多的一种中等视场目镜,如下图所示,是由两个双胶合透镜组成的。为了加工方便,大多数对称式目镜采取两个透镜组完全相同的结构。由薄透镜系统的消色差条件知道,如果这两