zemax实现对称式目镜设计课程设计.doc

zemax实现对称式目镜设计课程设计
燕山大学课程设计说明书第一章引言
目镜是目视光学系统的重要组成部分。被视察的物体通过望远镜和显微物镜成像在目镜的物方焦平面处,经目镜系统放大后将其成像在无穷远处,供人眼观察。从目镜的光学特性来讲,具有以下特点:
(1)焦距短。一般目镜的焦距在15mm-30mm左右,和一般望远镜比起来,焦距短是它的一个特点。
(2)相对孔径比较小。由于目镜的出射光束直接进入人眼的瞳孔,人眼瞳孔的直径一般在2mm-4mm左右变化,因此大多数实验室仪器出瞳直径一般在2mm左右,目镜焦距常用的范围为15mm-30mm,故目镜的相对孔径一般小于1/5.
(3)视场角大。通常在40。左右,广角目镜的视场在60。左右。
(4)入瞳和出瞳远离透镜组
目镜设计原则:在设计目镜时,通常按反向光路计算像差,即假定物平面位于无限远,目镜对无限远目标成像,在目标的焦面上衡量系统的像差。至于目镜的光瞳位置,可以按两种方式给出。第一种方式是把实际系统的出瞳作为反向光路时目镜的入瞳,给出入瞳距离p,入瞳直径D等于系统要求的出瞳直径。在目镜像差校正的过程中,要求保证边缘视场的主光线通过正向光路时物镜的出瞳中心(即正向光路目镜的入瞳中心)。其他视场的主光线,由于存在光阑球差并不通过同一点,这样计算出来的像差和实际成像光束的像差虽完全不同,但一般较小,可以忽略。第二种方
式是如果像差计算程序能够在给出实际光阑后自动求出入瞳位置,并用调整主光线位置的方法,保证不同视场的主光线通过实际光阑的中心。这样可以把正向光路时物镜的出瞳作为实际光阑给出,计算出来的像差和实际成像光是的情况符合。本设计采用第一种方法。
在望远镜和显微镜中,目前常用的目镜有惠更斯目镜、冉斯登目镜、凯涅耳目镜、对称式目镜、无畸变目镜和广角目镜。
对称式目镜是目前应用很广的一种中等视场的目镜,本设计采用缩放法设计对称式目镜。
共 20 页
燕山大学课程设计说明书第二章设计原理
对称式目镜
对称式目镜的结构如图1所示。
它由两个双胶合透镜组合而成,虽然目镜组的总厚度比较大,我们仍可以把它看作是一个薄透镜组来近似的分析像差的性质。由薄透镜系统的消色差条件知道,如果这两个胶合透镜分别消色差,则整个透镜组同时消除了轴向色差和垂轴色差。根据薄透镜组单色像差的性质,一个薄透镜可以校正两种象差,因此是能够校正目镜中需要矫正的象差和慧差的。
大多数对称式目镜采取两个透镜组完全相同,这样比较方便。
对称式目镜的特点是垂轴色差和轴向色差都能校正的较好,象散和慧差也可以达到
'很好的校正,出瞳距离较大,可以达到lz。/f'?3/4,视场大约为
40。
对称式目镜还有另一个优点,即场曲比较小。
对于两个分离薄透镜组构成的光学系统,它的总光焦度为:
???1??2-d?1?2
??
两者之比为: ?1?2n1?n2?(?1??2)?(??d?1?2)
共 20 页
燕山大学课程设计说明书 d?1?2??(1?) ??
由以上公式可以看到,当?,?2均为正时,两透镜之间的间隔d随之增加,则场曲随之增大。当?1,?2一个为正另一个为负时,则d增加,场曲减小,因此为了减小一个光学系统的场曲,应