伽利略望远镜设计共15页Word文档下载推荐.docx
- 文档编号:14259530
- 上传时间:2022-10-21
- 格式:DOCX
- 页数:14
- 大小:9.42MB
伽利略望远镜设计共15页Word文档下载推荐.docx
《伽利略望远镜设计共15页Word文档下载推荐.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《伽利略望远镜设计共15页Word文档下载推荐.docx(14页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
之后再将二者组合建模,并对最后的成像质量进行详细的评价。
2.光学系统设计光学系统设计2.1初步参数设计初步参数设计根据系统设计要求,镜筒长度250mm,而物镜到目镜的间距为:
视觉(shju)放大率要求(yoqi)为5x,故有:
l应当(yngdng)略小于筒长,因此将l设计为240mm,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,同时为望远系统的入射窗。
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,物镜的直径为25mm,因此出瞳据物镜距离为:
当视场为50%渐晕时,望远镜的视场角为:
计算得出望远镜的视场角为2.8,可见伽利略望远镜的视场非常小。
2.1物镜设计物镜设计2.1.1结构选择结构选择一般有三种结构形式:
折射式、反射式和折返式。
而一般军用光学仪器和计量仪器中使用的望远镜物镜为折射式物镜。
单透镜的色差和球差都相当严重,现代望远镜一般都采用两块或多块透镜组成的镜组。
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。
图2常见(chnjin)的物镜(wjng)结构双胶合(jioh)物镜是最简单和常用的望远物镜,由一个正透镜和一个负透镜胶合而成。
双胶合物镜的优点为结构简单,制造和装配方便。
通过选择材料以及弯曲镜面可以矫正透镜组的球差、彗差和轴向色差。
2.1.2优化设计优化设计根据前面的计算,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0.4m-0.75m,并将人眼敏感的绿光0.55m设为主要计算波段,如下图所示:
图3Zemax波段(bdun)设置在系统(xtng)设置中设定入射光瞳(EntrancePupilDiameter)的大小(dxio)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的初始参数在Zemax进行建模和优化,凸透镜的材料选择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(xunq)三个折射(zhsh)面的半径(bnjng)和最后一个面的厚度作为优化变量,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,即物镜焦距的设计值。
并在优化函数中赋予较高的权重,这样可以使得Zemax优化得出符合焦距要求的设计。
优化函数如下:
图5优化函数然后使用Zemax进行优化,优化后得到的参数表如下:
表2优化后的参数表得到的设计如下图所示:
图6物镜(wjng)设计(shj)图其视场内的像差如下(rxi):
图7光线像差图8光瞳处像差图9MTF曲线(qxin)2.2目镜目镜(mjng)设计设计(shj)目镜(mjng)的作用是将物镜所成的像放大后将其成像在人眼的远点进行观察。
正常人的远点为无穷远,因此目镜的焦距为无穷远,目镜的物方焦平面与物镜的像方焦平面重合。
基于其使用目的和特性,具有以下特点:
1.焦距在15mm-30mm范围内,太近或太远都不方便人眼观察。
2.出瞳较小,一般在2mm-4mm左右,与人眼瞳孔大小相近;
3.视场角一般在40左右。
设计上一般遵循反向设计的原则,这样物平面为无穷远的光束,在有限距离的像面上成像,并评价像质。
否则需要在无穷远平面上进行评价和优化,难度很大。
在望远镜和显微镜中,目前常用的目镜有惠更斯目镜、冉斯登目镜、凯涅耳目镜、对称式目镜、无畸变目镜和广角目镜。
对称式目镜是由两个结构对称的双透镜组成,对称结构使得加工较为方便。
并且其相对出瞳距较大,在军用观察和瞄准仪器中应用很广,故设计采用对称式目镜。
依据2.1节中的方法在Zemax中建立目镜的模型,并设置相关参数。
注意对称的镜面其参数要采用Pickup的方法设置为前面镜面参数的-1倍。
同样地优化参数中设定有效焦距为60mm,而且系统的出瞳距为15mm,由于反向设计因此设定第一个第一个光学面的厚度为15mm。
得到优化参数如表3所示。
表3优化后目镜(mjng)参数表图10目镜(mjng)设计图优化后的像差如下(rxi)图:
图11目镜(mjng)光线像差曲线(qxin)图12光瞳处像差曲线(qxin)图13目镜(mjng)MTF曲线(qxin)图14波面像差曲线(qxin)分析(fnx)结果(jigu)表明(biomng)目镜系统的波像差达到了优于/60的结果,说明设计十分理想。
2.3整体光学系统建模整体光学系统建模按照前面的光学设计参数,在Zemax中建立整个望远镜系统的模型,注意物镜和目镜的焦点应当重合,其模型参数如所示。
表4望远镜系统参数其光学设计图如下:
图15望远镜光学设计图望远镜系统(xtng)的像差如下图所示:
图16伽利略望远镜光线(gungxin)像差图17伽利略望远镜光瞳处像差图18伽利略望远镜MTF曲线(qxin)3.机械机械(jxi)结构设计结构设计在Solidworks中,对光机系统(xtng)的机械结构和光学元件进行设计建模。
透镜采用压圈和隔圈进行安装和定位,整体结构如下图所示。
图21望远镜机械结构外观图图22望远镜结构设计图镜筒整体(zhngt)尺寸(chcun)长240mm,物镜(wjng)最大直径25mm,均满足了设计要求,系统安装完成后在透镜和镜筒之间的缝隙注入RTV,以减小振动带来的应力。
内容总结
(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
(2)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,而物镜到目镜的间距为:
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240mm,计算得出物镜焦距fo为300mm,目镜焦距fe为60mm(3)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(4)正常人的远点为无穷远,因此目镜的焦距为无穷远,目镜的物方焦平面与物镜的像方焦平面重合
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 伽利略 望远镜 设计 15
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)