伽利略望遠(yuǎn)鏡設(shè)計

1、伽利略望遠(yuǎn)鏡設(shè)計報告1、總體設(shè)計要求及方法課題要求設(shè)計一個伽利略望遠(yuǎn)系統(tǒng)，要求：放大倍率為5X,筒長為250mm,物鏡最大直徑不大于25mm,接受器為人眼。伽利略望遠(yuǎn)鏡就是由正光焦度得物鏡與負(fù)光焦度得目鏡組成，其放大倍率大于1。光路圖如下：圖1伽利略望遠(yuǎn)鏡光路圖為對光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行迭代設(shè)計與優(yōu)化，采用光學(xué)設(shè)計軟件Zemax對望遠(yuǎn)鏡得物鏡、目鏡分別進(jìn)行建模與優(yōu)化，以取代繁瑣復(fù)雜得光路計算。之后再將二者組合建模，并對最后得成像質(zhì)量進(jìn)行詳細(xì)得評價。2、光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計2、1初步參數(shù)設(shè)計根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計要求，鏡筒長度250mm,而物鏡到目鏡得間距為：視覺放大率要求為5x,故有：l應(yīng)當(dāng)略小于筒長，因此將l設(shè)計為24

2、0mm，計算得出物鏡焦距fo為300mm,目鏡焦距fe為60mm。伽利略望遠(yuǎn)鏡一般以人眼作為視場光闌，物鏡框為視場光闌，同時為望遠(yuǎn)系統(tǒng)得入射窗。由于視場光闌不與物面重合，因此伽利略望遠(yuǎn)鏡一般存在漸暈現(xiàn)象。出瞳應(yīng)位于人眼觀察處，為方便觀察，設(shè)定出瞳距離目鏡15mm處，物鏡得直徑為25mm,因此出瞳據(jù)物鏡距離為：當(dāng)視場為50%漸暈時，望遠(yuǎn)鏡得視場角為：計算得出望遠(yuǎn)鏡得視場角為2、8,可見伽利略望遠(yuǎn)鏡得視場非常小。2、1物鏡設(shè)計2、1、1結(jié)構(gòu)選擇一般有三種結(jié)構(gòu)形式：折射式、反射式與折返式。而一般軍用光學(xué)儀器與計量儀器中使用得望遠(yuǎn)鏡物鏡為折射式物鏡。單透鏡得色差與球差都相當(dāng)嚴(yán)重，現(xiàn)代望遠(yuǎn)鏡一般都采用兩

3、塊或多塊透鏡組成得鏡組。其中又可分為雙膠合物鏡、雙分離物鏡、三分離物鏡、攝遠(yuǎn)物鏡，如下圖所示。雙股合物黃雙分離胸鐐?cè)指呶镧R圖2常見得物鏡結(jié)構(gòu)雙膠合物鏡就是最簡單與常用得望遠(yuǎn)物鏡，由一個正透鏡與一個負(fù)透鏡膠合而成。雙膠合物鏡得優(yōu)點為結(jié)構(gòu)簡單，制造與裝配方便。通過選擇材料以及彎曲鏡面可以矯正透鏡組得球差、彗差與軸向色差。2、1、2優(yōu)化設(shè)計根據(jù)前面得計算,物鏡焦距fo設(shè)計為300mm,最大口徑為25mm。目視光學(xué)系統(tǒng)，波段選取為可見光波段0、4叩-0、75叩，并將人眼敏感得綠光0、55m設(shè)為主要計算波段，如下圖所示：圖3Zemax波段設(shè)置在系統(tǒng)設(shè)置中設(shè)定入射光瞳(EntrancePupilDiam

4、eter)得大小設(shè)為25mm,視場角設(shè)為2、8。，如圖所示：圖4視場角設(shè)置選定一組合適得初始參數(shù)在Zemax進(jìn)行建模與優(yōu)化，凸透鏡得材料選擇BK7,凹透鏡材料選擇SF1。初始參數(shù)如下表：表1物鏡初始參數(shù)表選取三個折射面得半徑與最后一個面得厚度作為優(yōu)化變量，根據(jù)要求選取優(yōu)化函數(shù)，其中應(yīng)當(dāng)在優(yōu)化函數(shù)中選取有效焦距EFFL為優(yōu)化變量，目標(biāo)值選為240mm,即物鏡焦距得設(shè)計值。并在優(yōu)化函數(shù)中賦予較高得權(quán)重，這樣可以使得Zemax優(yōu)化得出符合焦距要求得設(shè)計。優(yōu)化函數(shù)如下：圖5優(yōu)化函數(shù)然后使用Zemax進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化后得到得參數(shù)表如下:表2優(yōu)化后得參數(shù)表得到得設(shè)計如下圖所示:C；TXT_OBT .二 EX

5、一CO! JFIuURHTrLil J 1 UF 1G；TKT _匚 曰丁 . NEX ccr IFICURRTIOr J 1 PF ).LREUTTHJDECIDEEUETDT-RLAKTALLE1qTH：2hmiih.圖6物鏡設(shè)計圖其視場內(nèi)得像差如下:TRFtl”ER3EWFRMPLOTTHUDEC10Zu15KftzllIUHSCRL.E-LfiD-000MV0-H.CD0.三三力0,oSO-TSO圖7光線像差EMTRRrrrEFUFIL曰日EFFRTmi【圖9 MTF曲線THJDECID三日】,5M.RXJ：MUMSCHLB：上0.500PERCEMG丁 j： T_ OBTQ7CJ口口.E。0.o&Ci.IHULE：門匚TH：tS.Ze.317hX.y三T三-MXCQHRlCUPATIDrJ.OF).圖10目鏡設(shè)計圖優(yōu)化后得像差如下圖:圖12光瞳處像差曲線TFHICERJEERIFRfIRL.DTTHJDECID三日】,5MfixjHLJMSCftLB：士J白白一白“乩也一G丁 j：T_E i 巨Q7口口口.E。0.oSOF1.圖18伽利略望遠(yuǎn)鏡MTF曲線3、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計在Solidworks中，對光機(jī)系統(tǒng)得機(jī)械結(jié)構(gòu)與光學(xué)元件進(jìn)行設(shè)計建模。透鏡采用壓圈與隔圈進(jìn)行安裝與定位，整體結(jié)構(gòu)