光學(xué)課程設(shè)計(jì)

1、二、望遠(yuǎn)物鏡設(shè)計(jì) 一般用的望遠(yuǎn)物鏡采用折反式，分為四種：雙膠合、雙分離、三片型（Triplet）、攝遠(yuǎn)物鏡。下面分別對(duì)這四種物鏡進(jìn)行分析，并給出簡(jiǎn)要設(shè)計(jì)過(guò)程。 1、雙膠合物鏡 雙膠合物鏡的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造和裝配方便，光能損失小。玻璃選擇得當(dāng)，可以同時(shí)校正球差、正弦差和色差。當(dāng)高級(jí)球差得到平衡時(shí)，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(chǎng)合。 下面簡(jiǎn)要介紹一下用初級(jí)像差求取雙膠合物鏡的初始結(jié)構(gòu)，大概分三步：基本像差參量的確定、玻璃的選擇、結(jié)構(gòu)參數(shù)的求解。 雙膠合薄透鏡組的結(jié)構(gòu)參數(shù)包括三個(gè)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?yàn)槌跫?jí)像差理論求解初

2、始結(jié)構(gòu)時(shí)，將像差參數(shù)進(jìn)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(chǎng)角、相對(duì)孔徑）無(wú)關(guān)，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(jì)算。 題目要求：物鏡焦距為200mm，半視場(chǎng)角為4°，相對(duì)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(shè)計(jì)要求，設(shè)像差的初級(jí)量為零，則按球差、正弦差和位置色差的初級(jí)像差表達(dá)式，得 選擇玻璃：由于K9玻璃性能好和熔煉成本低，應(yīng)優(yōu)先選用。可選它和ZF2玻璃組合，當(dāng)然有一個(gè)求解玻璃系數(shù)過(guò)程，這里不想說(shuō)了。 求歸一化條件下的透鏡各面的曲率 向厚透鏡過(guò)渡 光學(xué)系統(tǒng)初始計(jì)算得到結(jié)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(xué)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(guò)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(guān)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(chǔ)上，根據(jù)工藝條件，可適當(dāng)加厚些。 結(jié)構(gòu)圖如下： 2、雙分離物鏡 與雙膠合物鏡相比，雙分離物鏡對(duì)玻璃的選擇有較大的自由度。正負(fù)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(yīng)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(yīng)的孔徑和視場(chǎng)同于雙膠合物鏡。 其初始結(jié)構(gòu)的求解也是分三步：基本像差參量的確定、玻璃的選擇、結(jié)構(gòu)參數(shù)的求解。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求 初級(jí)球差、正弦差和位置色差為零，即 選正負(fù)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(chǔ)上，根據(jù)工藝條件，可適當(dāng)加厚些。 結(jié)構(gòu)圖如下： 3、三片型物鏡 這種結(jié)構(gòu)形式校正像差的參數(shù)增多了。物鏡由一個(gè)膠

5、合透鏡組和一個(gè)單片透鏡組成。由于光焦度由兩組負(fù)擔(dān)，膠合面的曲率半徑有所增大，它有利于高級(jí)球差和色球差的校正，適合的相對(duì)孔徑可以加大。這種物鏡裝配和校正工藝較復(fù)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(shè)計(jì)過(guò)程。依然分三步：基本像差參量的確定、玻璃的選擇、結(jié)構(gòu)參數(shù)的求解。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，設(shè)像差的初級(jí)量為零，則按球差、正弦差和位置色差的初級(jí)像差表達(dá)式，得 選擇玻璃，雙膠合選用K9、ZF5組合，單透鏡用K9 經(jīng)計(jì)算各面參數(shù)如下： 過(guò)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