惠更斯目镜分析与设计..doc

惠更斯目镜分析与设计 51310401471 胡芬 目 录 第一章 目镜的结构分析和像差分析 3 1.1目镜的结构分析 3 1.2目镜的像差和像差校正特点 3 第二章 惠更斯目镜的介绍和设计特点 4 第三章 惠更斯目镜的初始结构确定 7 3.1 惠更斯目镜初始结构的确定 7 3.2 光学软件设计步骤 10 3.3初始结构像质评价 11 3.4 惠更斯目镜的结构优化 13 参考文献 15 目镜的结构分析和像差分析 1.1目镜的结构分析 目镜是目视光学系统的重要组成部分。被视察的物体通过望远镜和显微物镜成像在目镜的物方焦平面处，经目镜系统放大后将其成像在无穷远处，供人眼观察。 从目镜的光学特性来讲，具有以下特点： 焦距短。望远镜系统中为了保证整个的仪器的尺寸以及一定的出瞳距离，一般目镜的焦距在15mm-30mm左右；对于显微镜的的目镜来说，是放大率一般在10倍左右，那目镜的焦距也在25mm左右。 （2）相对孔径比较小。目镜的前置光学系统决定了通过目镜的光束尺寸、形状和光路。同时目镜的出射光束直接进入人眼的瞳孔，人眼瞳孔的直径一般在2mm-4mm左右变化，因此大多数实验室仪器出瞳直径一般在2mm左右，目镜焦距常用的范围为15mm-30mm，故目镜的相对孔径一般小于1/5. （3）视场角大。通常在左右，广角目镜的视场在左右。视场角大是目镜的一个最突出的特点。 （4）入瞳和出瞳远离透镜组 由于上述目镜的光学特性，决定了她的像差性质和设计方法。 1.2目镜的像差和像差校正特点 目镜的视场比较大，出瞳又原远离透镜组，轴外光束在透镜组上的透射高较大，那入射角就会很大，不能当近轴光束，那轴外斜光束像差就会很大，如彗差、像散、场曲、畸变、垂轴色差。为了校正所有这些像差，结构就会变得很复杂。但是，像差校正一般都是结合目镜和前视系统一起校正，能获得较好的结果。无需单独校正目镜到很完美的程度。 对于能校正的轴外像差的目镜，一般透镜数会偏多，这时的球差和轴向色差一般不大，主要以校正影响成像清晰的像差为主，比如彗差、像散和垂轴色差。畸变不影响成像清晰，一般不严格校正。 目镜一般不校正场曲，消场曲的条件是有相互远离的正透镜和负透镜组，光焦度符号相反，大小相近。 设计望远镜目镜时，在目镜和物镜尽可能独立校正像差的前提下，进一步考虑它们之间的像差补偿问题。一般的时候两者都分别有一定的像差，但整个系统像差得到了很好校正，成像质量也得到提高。对于显微镜目镜，由于经常要改变不同倍率的物镜和目镜一起使用，就不便谈像差补偿，一般都是独立校正像差。 在设计目镜时，通常按反向光路进行设计。即假定物平面位于无限远，目镜对无限远目标成像，在目标的焦面上衡量系统的像差。至于目镜的光瞳位置，可以按两种方式给出。第一种方式是把实际系统的出瞳作为反向光路时目镜的入瞳，给出入瞳距离p，入瞳直径D等于系统要求的出瞳直径。 第二章 惠更斯目镜的介绍和设计特点 目镜中主要校正的单色像差是像散和彗差，在满足像差校正的情况下，当然是希望结构越简单越好，那单个透镜是最简单的光学系统。根据对物平面在无限远的单透镜的彗差、像散性质的讨论，单透镜能同时校正像散和彗差的情况有两种。第一种是平凸型（），光阑位于透镜前方1/3焦距处，如下图1（a）所示；另一种是弯月形透镜（），光阑位于透镜后1/3.5焦距处，如图1（b）所示。 图1 可以校正彗差和像散的单透镜结构图 目镜的成像要求是把物方焦面上的物体成像在无限远，按照光路的可逆定理，也可以看做是把无限远物体成像在像方焦面上，同时要求光瞳位于平行光束中，并且远离透镜组。 显然只有图1（a）的情况才能符合这一要求，因此单个平凸透镜就是可能的最简单的目镜结构。但从整个系统来说，单个平凸透镜还不能工作，因为从物镜进入系统的光束，如果直接投射到平凸透镜上，这时对应的出瞳距离不等于1/3焦距，不满足像散和彗差为0的要求。为了满足这一要求，必须在焦面上加入一个场镜，如图2所示。一般为了加工简单也做成平凸型。也就是说最简单的目镜包括两个平凸型的透镜，一个为场镜，靠近物镜的像面位置；一个为接目镜，靠近眼睛位置。 图2 一般目镜的结构图 根据第二色差和数的公式： 如果要使色差为零，必须使上述公式中的两项异号。在目镜中由于入瞳和出瞳均远离透镜组，因此和总是同号的，而接目镜和场镜的光焦度也均为正，因此必