凯涅尔目镜的设计.docx

武汉工程大学

理学院

课程设计（学年论文）

课题名称：凯涅尔目镜的设计
专业班级：
学生学号：
学生姓名：
学生成绩：
指导教师：
课题工作时间：2012-06-18至2011-06-29

武汉工程大学教务处

填写说明：
1.表中第一、二、三、六项由指导教师填写；第四、五两项由学生填写。
2.表中第一、二、三在在课程设计（学年论文）开始前填写，第四、五、六项在课程设计（学年论文）完成后填写。
3.本表格填写完整后连同正文装订成册。

一、课程设计的任务或学年论文的基本要求
查阅相关资料，了解望远镜镜头光学系统设计的发展现状、趋势。
学习使用ZEMAX光学设计软件；学习使用ZEMAX分析像差并设置优化函数；设计望远镜物镜镜头，并做简单的分析和总结；撰写课程设计论文。
设计一个6倍望远镜的目镜，入瞳与物镜重合，目镜的焦距f′=20mm，出瞳直径D′=4mm，出瞳距离，像方视场角。设计目镜时不考虑和物镜的像差补尝。设计过程：按反向按反向光路进行设计，相应的光学特性参数要求为：，，，，。可通过虚拟面定义入瞳或出瞳位置自变量：五个曲率半径、一个透镜间隔像差控制：

课题设计（论文）难度适中，工作努力，遵守纪律，工作作风严谨务实，按期圆满完成规定的任务。
综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论严谨合理；文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，书写工整规范，图表完备、整洁、正确；论文（设计）结果有一定的参考价值。
工作中有创新意识，对前人工作有一定改进或独特见解。二、进度安排
学习zemax软件的安装和使用，以单镜片为例学习数据的录入，以及zemax数据表格和文献资料镜头数据的转换。
学习薄透镜组的基本理论，掌握PW法设计双胶合透镜的初始结构。
学习zemax各种像差图表分析，并与初级像差理论结合；
学习光学玻璃材料知识，通过选择合适的玻璃搭配，校正色差。
学习查找文献资料，选择合适的望远镜目镜初始结构，用缩放法进行缩放，并优化结构参数，并最终得到比较好的设计参数。
整理思路，撰写课程设计论文，体现zemax设计和优化过程；检查格式，符合课程设计论文格式要求。
三、参考资料或参考文献
刘钧，高明.光学设计[M].西安：西安电子科技大学出版社，2006.
郁道银，谈恒英.工程光学[M].北京：机械工业出版社，2011.
毛文炜.光学镜头的优化设计[M].北京：清华大学出版社，2009.
李晓彤，岑兆丰.几何光学像差光学设计[M]，杭州：浙江大学出版社，2003.
王之江，实用光学技术手册[M]，北京：机械工业出版社，2007.
课程设计（学年论文）摘要（中文）
一摘要
为了克服冉登斯目镜不能校正垂轴色差的特点，将平凸的接目镜换成双胶合透镜，这就是凯涅尔目镜。如图

满足象散和慧差的两个条件是：

在图中，在目镜中必须>0,即要求光阑位于目镜的前方。
由以上公式可以看到，当减小时增大，相当于增大的目镜的出瞳距离,由于胶合透镜组有可能采取比单透镜小一些的值，因此凯涅尔目镜的相对出瞳距离/可以到达1/2。同时由于可以校正垂轴色差，视场可以达到45o~50o。
二设计要求，参数计算及优化
第一节设计要求

设计一个6×望眼镜的目镜，目镜焦距=20，出瞳距离=10，2=45，=4。考虑场镜对整个目镜的焦距的影响，取：
=1.2=1.2×20=24
根据出瞳距离的要求=10，对接眼的透镜组来说：

由此得到接眼镜在规划条件下==0.415
根据前面提到的单个透镜组对无限远目标成像时象散和慧差同时为零的条件：

将代入以上公式，得到要求的值：

为了校正垂轴色差，接眼透镜组的=0，如果要求目镜产生一定的垂轴色差。以便和物镜补偿，可以取一个大于零或小于零的数值。我们这里不考虑色差的补偿，所以取：
=0;
=0.93

第二节参数计算

利用双胶合透镜组P表查表选择玻璃，为了减小高级相差，应尽量采取和绝对值小的玻璃。使胶合面的半径尽量大些，我们选用ZF3-ZK3-K9，有关参数如下：

表2-1所用到的三种玻璃的部分参数
参数nZF31.16211.59-1.5ZK3-0.24601.712.24K9-0.09862.061.97

将带入前面公式中的表示得：
=2.6=2.5（2—1）
根据利用公式：
（2—2）
（2—3）
（2—4）

将数据代入以上公式得到：
=

=0.5

根据接眼透镜的焦距24mm，求出相应的半径：

下面再根据光瞳位置的要求，求场镜的焦距。首先要求接眼透镜的出瞳位置。对接眼透镜有：
，
带入共轭点方程式得：

取接眼透镜和场镜之间的间隔=18，由2-1得：
（2—5）

考虑到两个透镜组的主平面位置=-42。