伽利略望远镜设计

1、伽利略望远镜设计报告1、总体设计要求及方法课题要求设计一个伽利略望远系统，要求：放大倍率为5X,筒长为250mm,物镜最大直径不大于25mm,接受器为人眼。伽利略望远镜就是由正光焦度得物镜与负光焦度得目镜组成，其放大倍率大于1。光路图如下：图1伽利略望远镜光路图为对光学系统进行迭代设计与优化，采用光学设计软件Zemax对望远镜得物镜、目镜分别进行建模与优化，以取代繁琐复杂得光路计算。之后再将二者组合建模，并对最后得成像质量进行详细得评价。2、光学系统设计2、1初步参数设计根据系统设计要求，镜筒长度250mm,而物镜到目镜得间距为：视觉放大率要求为5x,故有：l应当略小于筒长，因此将l设计为24

2、0mm，计算得出物镜焦距fo为300mm,目镜焦距fe为60mm。伽利略望远镜一般以人眼作为视场光阑，物镜框为视场光阑，同时为望远系统得入射窗。由于视场光阑不与物面重合，因此伽利略望远镜一般存在渐晕现象。出瞳应位于人眼观察处，为方便观察，设定出瞳距离目镜15mm处，物镜得直径为25mm,因此出瞳据物镜距离为：当视场为50%渐晕时，望远镜得视场角为：计算得出望远镜得视场角为2、8,可见伽利略望远镜得视场非常小。2、1物镜设计2、1、1结构选择一般有三种结构形式：折射式、反射式与折返式。而一般军用光学仪器与计量仪器中使用得望远镜物镜为折射式物镜。单透镜得色差与球差都相当严重，现代望远镜一般都采用两

3、块或多块透镜组成得镜组。其中又可分为双胶合物镜、双分离物镜、三分离物镜、摄远物镜，如下图所示。双股合物黄双分离胸镣三分高物镜图2常见得物镜结构双胶合物镜就是最简单与常用得望远物镜，由一个正透镜与一个负透镜胶合而成。双胶合物镜得优点为结构简单，制造与装配方便。通过选择材料以及弯曲镜面可以矫正透镜组得球差、彗差与轴向色差。2、1、2优化设计根据前面得计算,物镜焦距fo设计为300mm,最大口径为25mm。目视光学系统，波段选取为可见光波段0、4叩-0、75叩，并将人眼敏感得绿光0、55m设为主要计算波段，如下图所示：图3Zemax波段设置在系统设置中设定入射光瞳(EntrancePupilDiam

4、eter)得大小设为25mm,视场角设为2、8。，如图所示：图4视场角设置选定一组合适得初始参数在Zemax进行建模与优化，凸透镜得材料选择BK7,凹透镜材料选择SF1。初始参数如下表：表1物镜初始参数表选取三个折射面得半径与最后一个面得厚度作为优化变量，根据要求选取优化函数，其中应当在优化函数中选取有效焦距EFFL为优化变量，目标值选为240mm,即物镜焦距得设计值。并在优化函数中赋予较高得权重，这样可以使得Zemax优化得出符合焦距要求得设计。优化函数如下：图5优化函数然后使用Zemax进行优化，优化后得到得参数表如下:表2优化后得参数表得到得设计如下图所示:C；TXT_OBT .二 EX

5、一CO! JFIuURHTrLil J 1 UF 1G；TKT _匚 曰丁 . NEX ccr IFICURRTIOr J 1 PF ).LREUTTHJDECIDEEUETDT-RLAKTALLE1qTH：2hmiih.图6物镜设计图其视场内得像差如下:TRFtl”ER3EWFRMPLOTTHUDEC10Zu15KftzllIUHSCRL.E-LfiD-000MV0-H.CD0.三三力0,oSO-TSO图7光线像差EMTRRrrrEFUFIL曰日EFFRTmi【图9 MTF曲线THJDECID三日】,5M.RXJ：MUMSCHLB：上0.500PERCEMG丁 j： T_ OBTQ7CJ口口.E。0.o&Ci.IHULE：门匚TH：tS.Ze.317hX.y三T三-MXCQHRlCUPATIDrJ.OF).图10目镜设计图优化后得像差如下图:图12光瞳处像差曲线TFHICERJEERIFRfIRL.DTTHJDECID三日】,5MfixjHLJMSCftLB：士J白白一白“乩也一G丁 j：T_E i 巨Q7口口口.E。0.oSOF1.图18伽利略望远镜MTF曲线3、机械结构设计在Solidworks中，对光机系统得机械结构与光学元件进行设计建模。透镜采用压圈与隔圈进行安装与定位，整体结构