1、望远镜目镜设计望远镜目镜设计摘要：本文主要是用 zemax 软件来设计望远镜的目镜，先进行目镜的外形尺寸计算，再用 zemax 来仿真优化，最后得到比之前镜头数据像差更小，可实际加工的目镜。一、引言望远镜是用来观察无限远目标的仪器，根据目视光学仪器的共同要求，仪器应出射平行光，成像在无限远，这样望远镜应该是一个将无限远目标成像在无限远的无焦系统。望远镜是一种利用凹透镜和凸透镜观测遥远物体的光学仪器。利用通过透镜的光线折射或光线被凹透镜反射使之进入小孔并会聚成像，再经过一个放大目镜而被看到。又称“千里镜” 。望远镜的第一个作用是放大远处物体的张角，使人眼能看清角距更小的细节。望远镜第二个作用是把
2、物镜收集到的比瞳孔直径粗得多的光束，送入人眼,使观测者能看到原来看不到的暗弱物体。17 世纪初荷兰人科比斯赫发明了第一部望远镜。 1609 年 8 月 21 日，意大利科学家伽利略展出了人类历史上第一架按照科学原理制造出来的望远镜。采用正光焦度目镜的望远镜称为开普勒望远镜，视放大率为负值，所以正立的物体成倒立的像，观察和瞄准极不方便，通常加入棱镜或透镜式倒像系统。开普勒望远镜在物镜和目镜之间有中间实像，可以安装分划板，使像和分划板上的刻线进行比较，便于瞄准和测量，特别适合军用。本文将用 zemax 软件设计一个 8 倍开普勒望远镜的目镜，焦距f=25mm，出瞳直径 D=4mm，出瞳距22mm
3、，视场角 2 =25 ； 二、外形尺寸计算计算出主要的参数：原理图如下所示：f 1- f 2物 镜 （ 孔 径 光 阑 ）视 场 光 阑目 镜出 瞳图表示了一种常见的望远系统的光路图。这种望远系统没有专门设置的孔径光阑，物镜框就是孔径光阑，也是入射光瞳。出射光瞳位于目镜像方焦点之外，观察者就在此处观察物体的成像情况。系统的视场光阑设在物镜的像平面处，即物镜和目镜的公共焦点处。入射窗和出射窗分别位于系统的物方和像方的无限远，各与物平面和像平面重合。1）镜目距 lz。利用牛顿公式可求得镜目距 lz mLff 125.8l122z 2)目镜的口径 D2 7.4165.2tan.284tanl212
4、。zD3）求目镜的视度调节mf125.3105x24）望远镜的分辨率 5.765）入瞳距 lz 由于入瞳位置与物镜重合，所以 lz=06）入瞳直径 D 由式 , 得 7）选取目镜的结构。 ，由于目镜的视场为 3，出瞳距22mm，由于出瞳距和视场都不大，故选用凯涅尔型式目镜。三、用 zemax 软件进行设计仿真目镜的初始数据如下序号 r d n v1 46.32 7.3 1.5163 64.12 -253.98 1.43 33.32 11.5 1.5163 64.14 -60.9 0.035 -60.9 3.9 1.6475 33.96 44.211、将目镜参数输入 zemax 软件2、在 ze
5、max 中设置 general lens data,field data 和 wavelength data3、生成焦距4、得到目镜的 layout 图和优化前的各种像差图光线扇形图光程差扇形图场曲和畸变点列图光学评价函数5、设置优化函数并进行优化A、优化顺序：1.看 AnalysisAberration coefficientsSeidel coefficients/Seidel Diagram，找出对赛得和数影响大的面，将这些面的曲率半径设为变量，优先优化。 2.将剩余面的曲率半径设为变量进行优化。 3.将 STOP 光阑面的位置设为变量进行优化。 4.将透镜间距设为变量进行优化。 5.将
6、玻璃厚度设为变量进行优化。 经过以上 5 步优化后，如果像质还达不到要求： 6.尝试将特殊位置的薄透镜换成弯月透镜，鼓形透镜等厚透镜。 7.换玻璃。如果单透镜的弯曲过于强烈，则换成折射率高的玻璃。如果胶合透镜胶合面的弯曲过大，则增加两个玻璃的阿贝数之差。 8.将系统复杂化。分裂玻璃，或者在特殊位置加入场镜B、光学设计优化技巧： 1.光学系统某个视场 MTFT，MTFS 不好，则在 Field 中增大这个视场的权重。 2.光学系统某个视场的 MTFT，MTFS 不好，则在优化函数中用 MTFT，MTFS 进行优化。 （优点：可以单独提高某个视场子午或者弧矢方向的像质。 缺点：运算缓慢。 小技巧：如果同时运行 MTFT 和 MTFS，将它们放到相邻的两行会加快优化速度。 ）
