光學課程設計

1、二、望遠物鏡設計 一般用的望遠物鏡采用折反式，分為四種：雙膠合、雙分離、三片型（Triplet）、攝遠物鏡。下面分別對這四種物鏡進行分析，并給出簡要設計過程。 1、雙膠合物鏡 雙膠合物鏡的特點是結構簡單，制造和裝配方便，光能損失小。玻璃選擇得當，可以同時校正球差、正弦差和色差。當高級球差得到平衡時，膠合面的曲率較大，剩余的帶球差偏大。因而，雙膠合物鏡只適用于小孔徑的使用場合。 下面簡要介紹一下用初級像差求取雙膠合物鏡的初始結構，大概分三步：基本像差參量的確定、玻璃的選擇、結構參數(shù)的求解。 雙膠合薄透鏡組的結構參數(shù)包括三個折射球面的曲率半徑、兩種玻璃材料的折射率和平均色散。因為初級像差理論求解初

2、始結構時，將像差參數(shù)進行歸一化，歸一化后只考慮內(nèi)部參數(shù)，而與外部參數(shù)（物距、焦距、視場角、相對孔徑）無關，所以如果考慮用雙膠合的話（合適的情況下），直接用像差公式計算。 題目要求：物鏡焦距為200mm，半視場角為4°，相對孔徑為1：5，系統(tǒng)總的視放大率為6倍，出瞳距離為20mm 確定基本像差參量 根據(jù)設計要求，設像差的初級量為零，則按球差、正弦差和位置色差的初級像差表達式，得 選擇玻璃：由于K9玻璃性能好和熔煉成本低，應優(yōu)先選用?？蛇x它和ZF2玻璃組合，當然有一個求解玻璃系數(shù)過程，這里不想說了。 求歸一化條件下的透鏡各面的曲率 向厚透鏡過渡 光學系統(tǒng)初始計算得到結果以后，必定要把薄透

3、鏡變換成厚透鏡 外徑的確定 D=40 光學零件的中心厚度及最小厚度的確定 有兩種方法，其一是查表；另外一種方法，為了使透鏡在加工過程中不易變形，其中心厚度與邊緣最小厚度以及透鏡外徑之間必須滿足一定的比例關系。 根據(jù)公式（具體公式略了）可得，凸透鏡最小邊緣厚度為2.8978mm，最小中心厚度為7.23845mm，凹透鏡最小邊緣厚度5.555571mm，最小中心厚度3.86106mm。在最小中心厚度基礎上，根據(jù)工藝條件，可適當加厚些。 結構圖如下： 2、雙分離物鏡 與雙膠合物鏡相比，雙分離物鏡對玻璃的選擇有較大的自由度。正負透鏡間的間隙也可以作為校正像差的參量，促使帶球差減小。因此，雙分離物鏡比雙

4、膠合物鏡所適應的孔徑略大。但是，這種物鏡的裝配和校正較麻煩，有較大的色球差。它所適應的孔徑和視場同于雙膠合物鏡。 其初始結構的求解也是分三步：基本像差參量的確定、玻璃的選擇、結構參數(shù)的求解。 根據(jù)設計要求 初級球差、正弦差和位置色差為零，即 選正負玻璃分別為K9和F2，代入折射率和阿貝數(shù)，可求得 根據(jù)公式（具體公式略了）可得，凸透鏡最小邊緣厚度為2.8978mm，最小中心厚度為7.23845mm，凹透鏡最小邊緣厚度5.555571mm，最小中心厚度3.86106mm。在最小中心厚度基礎上，根據(jù)工藝條件，可適當加厚些。 結構圖如下： 3、三片型物鏡 這種結構形式校正像差的參數(shù)增多了。物鏡由一個膠

5、合透鏡組和一個單片透鏡組成。由于光焦度由兩組負擔，膠合面的曲率半徑有所增大，它有利于高級球差和色球差的校正，適合的相對孔徑可以加大。這種物鏡裝配和校正工藝較復雜，成本提高。其次，由于面數(shù)增多，光能損失也有所增加。 三片型物鏡有雙膠合+單透鏡、單透鏡+雙膠合、單透鏡+單透鏡+單透鏡等，下面介紹雙膠合+單透鏡三片型物鏡，給出設計過程。依然分三步：基本像差參量的確定、玻璃的選擇、結構參數(shù)的求解。 根據(jù)設計要求，設像差的初級量為零，則按球差、正弦差和位置色差的初級像差表達式，得 選擇玻璃，雙膠合選用K9、ZF5組合，單透鏡用K9 經(jīng)計算各面參數(shù)如下： 過渡到厚透鏡，取物鏡口徑D=40mm，根據(jù)公式（具體公式略了）可得，凸透鏡最小邊緣厚度為2.8978mm，最小中心厚