光学设计--冉斯登目镜

男，女，女介绍目镜是视觉光学系统的重要组成部分。被检物体通过望远镜和显微镜物镜在目镜的物方焦平面成像，经人眼观察目镜系统放大后在无穷远处成像。根据目镜的光学特性，它有以下特点：(1)短焦距。普通目镜的焦距约为15-30毫米。与普通望远镜相比，短焦距是其特点之一。(2)相对孔径相对较小。由于目镜的出射光束直接进入人眼的瞳孔，人眼瞳孔的直径通常在2 mm到4 mm之间变化，因此大多数实验室仪器的出射瞳孔的直径通常约为2mm，目镜的焦距通常在15 mm到30 mm的范围内，因此目镜的相对孔径通常小于1/5。(3)大视野。通常，广角目镜的视场是左右的。(4)入瞳和出瞳远离镜头组目镜设计原则：设计目镜时，像差通常是根据反向光路计算的，即假设物面位于无限远，目镜成像无限远的目标，系统的像差在目标的焦平面上测量。至于目镜的瞳孔位置，可以用两种方法给出。第一种方法是当光路颠倒时，取实际系统的出瞳作为目镜的入瞳，给出入瞳和出瞳之间的距离p，入瞳的直径d等于系统所需出瞳的直径。在眼睛像差校正的过程中，当边缘场的主光线通过前向光路时，需要保证物镜的出瞳中心(即前向光路中眼睛的入瞳中心)。对于其他视场的主光线，光阑的球面像差不通过同一点，因此计算出的像差与实际成像光束的像差完全不同，但通常很小，可以忽略不计。第二种方法是像差计算程序在给出实际光阑后能否自动找到入射光瞳和出射光瞳的位置，并使用调整主光位置的方法来保证不同视场的主光通过实际光阑的中心。这样，在正向光路中物镜的出射光瞳可以作为实际光阑给出，并且计算出的像差与实际成像光一致。本设计采用第一种方法。在望远镜和显微镜中，目前常用的目镜包括惠更斯目镜、兰斯顿目镜、凯恩眼耳镜、对称目镜、无畸变目镜和广角目镜。Ranstens目镜由两个焦距相等的平凸透镜组成，两个凸面相对，两个凸面之间的距离d等于焦距的2/3。兰斯顿目镜的球差、轴向色差和畸变小于惠更斯目镜，但垂直色差较大。如果用消色差胶合透镜代替目镜(称为凯尔纳目镜)，垂直色差可以得到校正。Ranstens目镜可以用作普通放大镜。本设计采用变焦方法设计兰斯顿目镜。目录导言3第一章设计原则51.1兰斯顿目镜5的原理1.2缩放方法5第二章目镜设计62.1原始数据分析62.2优化数据图10第三章经历13参考文献14第一章设计原则1.1兰斯顿目镜的原理Ranstens目镜由两个焦距相等的平凸透镜组成，两个凸面相对，两个凸面之间的距离d等于焦距的2/3。兰斯顿目镜的球差、轴向色差和畸变小于惠更斯目镜，但垂直色差较大。如果用消色差胶合透镜代替目镜(称为凯尔纳目镜)，垂直色差可以得到校正。Ranstens目镜可以用作普通放大镜。兰斯顿目镜示意图1.2缩放方法缩放方法步骤：1.物镜的选择2.缩放焦距3.更换玻璃(1)保持色差不变，更换玻璃(2)更换玻璃进行校正图像分析：ZEMAX中最重要的分析方法之一是显示射线扇形图。雷凡说这是光学系统的综合误差。它的横坐标是光学系统的入射光瞳标量，纵坐标是主光线(其发光点穿过光阑中心点的光线)在像平面上的相对位置值。单击工具栏中的OPD图标，会出现一条波像差曲线，如下所示：单击工具栏中的SPT图标，扩散点出现。漫射光斑越小，成像质量越好，如下所示：光学传递函数分析：点击工具栏中的光学传递函数图标，显示光学系统的调制传递函数图，如下所示：图像分析：MTF指光学系统成像后各种频率的正弦强度分布函数对比度(即振幅)的衰减程度。当某一频率的对比度降至零时，该频率的光强分布没有亮度变化，即该频率被截止。这是用光学传递函数评价光学系统成像质量的主要方法。理论上，可以证明像点的中心照度值等于由MTF曲线包围的面积。曲线包围的区域越大，光学系统传输的信息越多，光学系统的成像质量越好，图像越清晰。因此，通过光学系统的接收器截止频率范围内由MTF曲线包围的区域的大小来评估光学系统的成像质量是非常有效的。如图所示，很明显，由MTF曲线包围的区域太小，并且光学系统的成像质量不高，因此需要对其进行优化。2.2优化的数据分析经软件优化的数据图表如下：将优化后的图像与原始图像进行对比，可以发现优化后的目镜成像效果优于优化前的目镜。第三章学习经历通过本次光学设计课程的设计，我不仅更加深入地学习了光学设计的相关知识，还学会了使用ZEMAX常用的光学设计软件。同时，我也训练了我们学习新软件的能力。这是对新知识的学习，是对学习和接受新事物能力的锻炼。起初，我们对整体设计理念没有总体印象。最后，我们通过去图书馆，在网上查找数据，看PPT和前一节实验课的一些数据，对将要使用的软件有了一个大致的了解。ZEMAX安装后，我们慢慢探索和实践。之后，我们会慢慢地仔细研究我们的话题。在我们有了一些想法之后，我们将首先分析设计要求，并根据给定的参数设置物体孔径、视场、波长等参数。然后按步骤进行设计，并输出射线、fcd、spt、mtf等波形。可以获得。然而，由于人工设计可能不是最优的，ZEMAX系统软件提供了自动优化功能。人工设计完成后，我们可以进行自动优化。通过对比优化和非优化图像，我们可以看到优化后的图像更加美观和科学。因此，在这次设计中，我们不仅学到了一些光学知识，还学到了一种设计思维和接受新事物的能力。参考1刘军，高明德，光学设计，2006，西安电子科技大学出版社，Xi2 光学仪器设计手册，1971，国防科技出版社，北京3光学设计软件ZEMAX电气工程学院课程设计评价表讲师的意见：认真、正确、完美、完美更合理、更合理工作态度比较严肃，理论分析比较普遍，软件设计比较普遍不严重，不好，不好通