手持式观光望远镜光学系统的设计与研究

武汉工程大学课程设计（学年论文）说明书课题名称：手持式观光望远镜光学系统的设计与研究专业班级：08级应用光电子01学生学号：0809040112学生姓名：梁元庆学生成绩：指导教师：梁春雷课题工作时间：2011-12-20至2011-12-31武汉工程大学教务处一、课程设计的任务或学年论文的基本要求1、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。2、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；设计望远镜光学系统，并做简单的分析和总结；撰写课程设计论文。3、本课题要求设计出用于观光用的大倍率大口径双筒望远镜，并要求在3公里以内观察到人和物。设计出的观光望远镜达到的技术指标为：放大倍率10×，物镜焦距100mm，物镜视场角4°，整个系统二级光谱值达到要求值。4、具备采用外语顺畅表达中文的能力。5、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。6、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。7、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1、了解课题的背景和意义及其发展趋势。2、学习像差理论和分析典型的望远镜光学系统结构，提出自己的设计思路。3、选择合适的物镜初始结构，用Zemax软件进行像差分析，优化结构参数，并最终得到比较好的设计参数。4、在机房检查资料，修正补充。5、答辩。三、参考资料或参考文献1、《光学系统设计》机械工业出版社，（美）莱金著，周海宪，程云芳译，2009.102、《现代光学设计方法》，北京理工大学出版社，李林，2009.93、《工程光学》，机械工业出版社，郁道银，谈恒英，2006.24、《应用光学（第3版）》，电子工业出版社，张以谟，2010.75、《几何光学像差光学设计》，浙江大学出版社，李晓彤，岑兆丰，2003.116、《实用光学技术手册》，机械工业出版社，王之江，2007.1四、课程设计（学年论文）摘要（中文）摘要：本文应用几何光学的基本原理与像差理论，设计了一个开普勒结构的观光望远镜。文中应用ZEMAX软件对系统做了像差优化设计，并得到了不错的效果。关键词：开普勒望远镜；ZEMAX；像差优化五、课程设计（学年论文）摘要（英文）Abstract:AKelpertelescopesystemwithin10timesratioenlargementisdesignedinthispaper.Inthedesignprocess,ZEMAXsofywarehavebeenusedtosimulatethetelescopeopticallenssystem.Thisbringsgreatconveniencetocalculateandjudge.KeyWords:Kelpertelescope;ZEMAXsofyware;optimizeaberration;六、指导教师评分评价内容具体要求权重得分调查论证能独立查阅文献和从事其他调研；能提出并较好地论述课题的实施方案；有收集、加工各种信息及获得新知识的能力。10实践能力独立设计、计算、绘图的能力（课程设计）；能正确选择研究（实验）方法，独立进行研究的能力（学年论文）15分析解决问题能力能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题（课程设计）；或能对课题进行理论分析，得出有价值的结论（学年论文）。15工作量、工作态度按期圆满完成规定的任务，工作量饱满，难度较大，工作努力，遵守纪律；工作作风严谨务实。10质量综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论严谨合理（或设计过程完整，设计内容完全）；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）结果有参考价值。40外语和计算机应用能力在课程设计或学年论文中，能够体现外语和计算机的应用能力。5创新工作中有创新意识；对前人工作有改进或独特见解。5综合评语指导教师签字：年月七、答辩记录记录人（签字）：年月日答辩意见及答辩成绩答辩小组教师（签字）：年月日课程设计（学年论文）总评成绩：（指导教师评分×80%+答辩成绩×20%）目录1.引言——课题研究情况...........................................................................................................72.ZEMAX的软件介绍...............................................................................................................73.系统的设计...............................................................................................................................83.1.折射式望远镜的工作原理...........................................................................................83.2.系统的性能要求...........................................................................................................83.3.系统的外形尺寸设计...................................................................................................84.转像系统选型.........................................................................................................................115.光学系统设计与优化.............................................................................................................115.1.传统方法PW.........................................................................................................115.2.双胶合物镜设计.........................................................................................................125.3.对称式目镜设计.........................................................................................................155.4.全系统设计.................................................................................................................196.致谢.........................................................................................................................................197.参考资料或参考文献.............................................................................................................191.引言——课题研究情况最近几年，我国的望远镜发展与生产，以其前所未有的速度迅猛发展，如何使望远镜技术有新的发展，已成为有关部门关注的焦点。特别是近年来，电子技术、计算机技术与光学技术结合得越来越紧密，使望远镜技术的发展出现了新趋势。在使用功能方面也更加多元化，例如：稳像功能，方位指示功能，精密测距功能，自动调焦功能等，且在环境适应能力方面也大大提高。望远镜存在调节方面的问题，大多数的远镜都从三个方面实现调节。一是视度调节，二是瞳距调节，三是焦距调节。为了适应近视眼和远视望眼的需要，视度是可以调节的。所以工作距离要大于视度调节深度，视度调节的范围一般在5D（即5屈光度）。调节时，目镜相对于视场光阑（分划板）的移动距离为：'251000efxmm。其中，'ef为目镜的焦距。对于瞳距调节，人眼的瞳距各不相同，当使用双目望远镜观察景物时，如果感觉左右眼两个视场不重合，景物就没有立体视觉，说明望远镜的瞳距和你的瞳距不吻合，需要调节。在本设计中，将两块转像棱镜使用一个齿轮啮合，通过转动齿轮即可调节。折射望远镜常用的调焦方式有外调焦和内调焦两种，让物镜沿光轴方向相对于目镜运动，称为外调焦。外调焦的优点是操作简单，像质较好，但是仪器的外形尺寸较大，密封性也较差。内调焦是通过移动物镜组中的一块或一组透镜来得到清晰的物象。它的优点是结构尺寸小，携带方便，而且物镜的焦平面对任何距离处的景物都是不变的，这一点对于安装分划板十分简便，所以大的测量仪器一般采用内调焦。它的另一优点是仪器有较好的密封性，这有利于保持仪器内部的清洁。目前大部分双筒镜采用的是外调焦，少数高级品采用内调焦。目前，很多双筒望远镜都采用一种“中央调焦”模式，即通过调节中央的旋钮使两边的透镜同时对焦。右边的目镜还可以做单独的调节，这时为了适应使用者左右眼的差别而做的校正。2.ZEMAX的软件介绍ZEMAX是美国FocusSoftwareInc.所发展出的光学设计软件，可做光学组件设计与照明系统的照度分析，也可建立反射，折射，绕射等光学模型，并结合优化，公差等分析功能，是套可以运算Seqential及Non-Seqential的软件。ZEMAX是一套综合性的光学设计仿真软件，它将实际光学系统的设计概念、优化、分析、公差以及报表整合在一起。ZEMAX不只是透镜设计软件而已，更是全功能的光学设计分析软件，具有直观、功能强大、灵活、快速、容易使用等优点。ZEMAX光学设计程序是一个完整的光学设计软件，是将实际光学系统的设计概念，优化，分析，公差以及报表集成在一起的一套综合性的光学设计仿真软件。包括光学设计需要的所有功能，可以在实践中对所有光学系统进行设计，优化，分析，并具有容差能力，所有这些强大的功能都直观的呈现于用户界面中。ZEMAX功能强大，速度快，灵活方便，是一个很好的综合性程序。ZEMAX能够模拟连续和非连续成像系统及非成像系统。ZEMA目前已经是被光电子领域熟知的光学设计的首选软件。该软件拥有两大特点，就是可以实现序列和非序列分析。在全球范围内，这款软件已经被广大的应用在设计显示系统，照明，成像的使用系统，激光系统以及漫射光的设计应用方面。3.系统的设计3.1.折射式望远镜的工作原理是用透镜作物镜的望远镜。分为两种类型：由凹透镜作目镜的称伽利略望远镜；由凸透镜作目镜的称开普勒望远镜。因单透镜物镜色差和球差都相当严重，现代的折射望远镜常用两块或两块以上的透镜组作物镜。其中以双透镜物镜应用最普遍。它由相距很近的一块冕牌玻璃制成的凸透镜和一块火石玻璃制成的凹透镜组成，对两个特定的波长完全消除位置色差，对其余波长的