伽利略望远镜设计

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。伽利略望远镜是由正光焦度的物镜和负光焦度的目镜组成，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和优化，采用光学设计软件 Zemax 对望远镜的物镜、目镜分别进行建模和优化，以取代繁琐复杂的光路计算。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：l  fo'  fe视觉放大率要求为 5x，故有：fo' / fe  5l 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。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：lz  fo'  fe  lz2'当视场为 50%渐晕时，望远镜的视场角为：tan  DlZ计算得出望远镜的视场角 ω 为 2.8°，可见伽利略望远镜的视场非常小。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 常见的物镜结构双胶合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 0.4μm-0.75μm，并将人眼敏感的绿光 0.55μm 设为主要计算波段，如下图所示：图 3 Zemax 波段设置在系统设置中设定入射光瞳（Entrance Pupil Diameter）的大小设为 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...