【正文】 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）與資料若有不實(shí)之處，本人承擔(dān)一切相關(guān)責(zé)任。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的成果，不包含他人已申請(qǐng)學(xué)位或其他用途使用過(guò)的成果。學(xué)校有權(quán)保留送交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的原文或復(fù)印件，允許畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）被查閱和借閱；學(xué)?？梢怨籍厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文）的全部或部分內(nèi)容，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）知識(shí)產(chǎn)權(quán)聲明本人完全了解西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院有關(guān)保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的規(guī)定，即：本科學(xué)生在校攻讀學(xué)士學(xué)位期間畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作的知識(shí)產(chǎn)權(quán)屬于西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院。感謝所有關(guān)心、幫助我的朋友。感謝同答辯組各位同學(xué)，我們?cè)谟懻撘恍└髯哉n題中的共性問(wèn)題時(shí)，一些觀點(diǎn)常使我突然有了靈感。王風(fēng)箏老師淵博的學(xué)識(shí)、敏銳的思維、民主而嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)，使學(xué)生受益匪淺，終生難忘。王鳳珍老師追求真理、獻(xiàn)身科學(xué)、嚴(yán)以律已、寬以待人的崇高品質(zhì)對(duì)學(xué)生將是永遠(yuǎn)的鞭策。北京:[10] .Residue Calculus and Effective Nullstellensatz［M/OL］. TR 199639[11] ［M/OL］ 。完成課題要求，最后設(shè)計(jì)出合格的望遠(yuǎn)鏡。由于時(shí)間的限制僅僅做了基礎(chǔ)的研究，演示了一些基本的光路圖。利用 zemax 軟件進(jìn)行像差的校正與平衡這是本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，由于對(duì)軟件熟悉度不夠，對(duì)軟件操作起來(lái)不是很好 ，用了很長(zhǎng)時(shí)間來(lái)熟悉，而且這個(gè)過(guò)程是個(gè)不斷反復(fù)的過(guò)程，當(dāng)完成像差的校正與平衡后用 cad 軟件進(jìn)行畫(huà)圖，畫(huà)出光學(xué)系統(tǒng)和光學(xué)元件圖。采用屋脊和普羅棱鏡的望遠(yuǎn)鏡外形的區(qū)別是非常明顯的，比較顯著的區(qū)別就是，屋脊望遠(yuǎn)鏡的形狀為直筒，因此也常常被稱為直筒望遠(yuǎn)鏡，而普羅望遠(yuǎn)鏡在棱鏡位置拐了一個(gè)彎，因此相對(duì)同規(guī)格的屋脊望遠(yuǎn)鏡，體積要增加很多。 屋脊棱鏡系統(tǒng)也稱為別漢棱鏡系統(tǒng)，比較常見(jiàn)的設(shè)計(jì)是由一個(gè)屋脊棱鏡和一個(gè)半五棱鏡構(gòu)成，優(yōu)點(diǎn)是光學(xué)結(jié)構(gòu)相對(duì)輕便和緊湊，比較適合戶外運(yùn)動(dòng)便攜產(chǎn)品，缺點(diǎn)是即使是相對(duì)簡(jiǎn)單的屋脊棱鏡，外形也比普羅棱鏡復(fù)雜的多，加工難度大，此外從裝配難度和維護(hù)性來(lái)講也難于傳統(tǒng)的普羅棱鏡，因此成本較高。如圖 所示：圖 目鏡中 zemax 中數(shù)據(jù)優(yōu)化結(jié)果如下：從圖 的球差曲線看出球差控制在 范圍內(nèi)，從圖 的場(chǎng)曲和畸變圖可知：場(chǎng)曲和畸變符合設(shè)計(jì)要求。所以色差調(diào)校成功。= 所以算的數(shù)值為，而最大△L FC180。其中 λ= 3mm，n180?！鱈 FC180。≤λ/n180。2調(diào)校成功?！?λ/n180。u m180。而在 帶的處 D 即 δL 180。u m180。= 所以算的數(shù)值為 提到的球差公式 δL m180。2 中 λ= 3mm,n180。=，而根據(jù) 4λ/n180。sin 2um180。u m180。圖 球差曲線圖 點(diǎn)列圖圖 場(chǎng)曲和畸變圖圖 色差參數(shù)圖 傳遞函數(shù)結(jié)合向下面的像差容限公式進(jìn)行計(jì)算: [14]球差公式： δL mˊ≤δL m180。 [11,12]圖 物鏡 Zemax 中的數(shù)據(jù)通過(guò)對(duì)圖 球差曲線和圖 點(diǎn)列圖的觀察，可以得出結(jié)論：三種色光的秋差控制在 微米之間，點(diǎn)列圖大小控制在直徑 78 微米范圍內(nèi)符合設(shè)計(jì)要求。另外，如果像差難以校正到預(yù)期的要求，或希望所設(shè)計(jì)系統(tǒng)在光學(xué)性能，即孔徑或視場(chǎng)上要有擴(kuò)大時(shí)，也常采用復(fù)雜化的方法，如把某一透鏡或透鏡組分為二塊或二組，或者在系統(tǒng)的適當(dāng)位置加入透鏡等。因此，逐個(gè)改變結(jié)構(gòu)參數(shù)，求出各參數(shù)對(duì)各種像差影響的變化量表是十分必要的。一般講，像差隨結(jié)構(gòu)參數(shù)而變化的定性判斷是能夠作出，至少是能夠部分作出的。 最后值得指出，在像差校正過(guò)程中，重要的問(wèn)題是能夠判斷各結(jié)構(gòu)參數(shù)，包括半徑、間隔、折射率等對(duì)像差變化影響的傾向。特性曲線上下很不對(duì)稱?？讖胶鸵晥?chǎng)都比較大的光學(xué)系統(tǒng)，軸外的寬光束常表現(xiàn)出很大的球差和慧差，使 y39。同時(shí)，在需要改變膠合面二邊的折射率差以改變像差的性態(tài)、或微量控制某種高級(jí)像差，以及需要改變某透鏡所承擔(dān)的偏角等場(chǎng)合，都能通過(guò)調(diào)換玻璃而奏效。膠合面還可用來(lái)校正其他像差，尤其是高級(jí)像差。 第九，利用膠合面改變色差或其他像差，并在必要時(shí)調(diào)換玻璃。 第八，對(duì)于對(duì)稱型結(jié)構(gòu)的光學(xué)系統(tǒng)，可以選擇成對(duì)的對(duì)稱參數(shù)進(jìn)行修改。例如，處于光闌或與光闌位置接近的透鏡或透鏡組，主要用于改變球差和慧差（用整體彎曲的方法） ；遠(yuǎn)離光闌位置的透鏡或透鏡組，主要用來(lái)改變像散、畸變和倍率色差。因此，讓正的會(huì)聚面處于反常區(qū)，使其在對(duì)光起會(huì)聚作用的同時(shí)，產(chǎn)生與發(fā)散面同號(hào)的像差就顯的特別有利。 第六，利用折射球面的反常區(qū)。 第五，若要求單色像差有較大變化而保持色差不變，可對(duì)某個(gè)透鏡或透鏡組作整體彎曲。當(dāng)系統(tǒng)中有多個(gè)這樣的面時(shí)，應(yīng)挑選其中既能改良所要改的那種像差，又能兼顧其他像差的面來(lái)進(jìn)行修改。因?yàn)樵? 視場(chǎng)以外已非成像的主要區(qū)域，當(dāng)畫(huà)幅為矩形時(shí)（如照相底片） ，此區(qū)域僅是像面一角，其像質(zhì)的相對(duì)重要性可以較低些。這主要是指：軸上點(diǎn)像差與各個(gè)視場(chǎng)的軸外像差要盡可能一致，以便能在軸向離焦時(shí)使像質(zhì)同時(shí)有所改善；軸上點(diǎn)或近軸點(diǎn)的像差與軸外點(diǎn)的像差不要有太大的差別，使整個(gè)視場(chǎng)內(nèi)的像質(zhì)比較均勻，至少應(yīng)使 視場(chǎng)范圍內(nèi)的像質(zhì)比較均勻。反之，背向光闌的面只能有較小的相對(duì)孔徑。在此，各透鏡組的光焦度分配、各個(gè)面的偏角負(fù)擔(dān)要盡量合理，要力求避免由各個(gè)面的大像差來(lái)抵消很多面的異號(hào)像差?？傊?，有多種解方程組的算法可資利用，在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)并不困難。在考慮初始結(jié)構(gòu)時(shí)，可將要校正的像差列成用 P、W 表示的方程組，這種方程組可能有多組精確解，也可能是病態(tài)的，或無(wú)解。 優(yōu)化設(shè)計(jì)的原則和方法為了能更好的利用軟件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)得到我們需要的光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，需要了解校正光學(xué)系統(tǒng)像差的基本原則和常用方法。ZEMAX 中像質(zhì)評(píng)價(jià)包括各種像差圖表，這包括光扇圖，波差圖，點(diǎn)列圖，色差圖，場(chǎng)曲畸變圖，MTF 圖。這一步也是最關(guān)鍵和最困難的一步，由于各像差相互制衡，此消彼長(zhǎng)，我們往往需要觀察各個(gè)像差圖表判斷相差特點(diǎn)，選用合適的操作數(shù)，逐漸改善像質(zhì)，循序漸進(jìn)，最終得到定人滿意的結(jié)構(gòu)。(2)光路計(jì)算與優(yōu)化計(jì)算。這一步驟的關(guān)鍵是如何正確輸入擬設(shè)計(jì)鏡頭(或系統(tǒng))的光學(xué)性能參數(shù)和初始結(jié)構(gòu)參數(shù)。同時(shí)，也提供快捷鍵以便快速使用菜單命令。ZEMAX 的界面簡(jiǎn)單易用，只需稍加練習(xí)，就能夠?qū)崿F(xiàn)互動(dòng)設(shè)計(jì)。 ZEMAX 軟 件 的 功 能 強(qiáng) 大 ，運(yùn) 算 速 度 快 ， 軟 件 使 用 靈 活 方 便 。它是一套綜合性很強(qiáng)的光學(xué)設(shè)計(jì)軟件，可以實(shí)現(xiàn)光學(xué)系統(tǒng)的建模、光線追跡計(jì)算、像差分析、優(yōu)化、公差分析、報(bào)表輸出等多項(xiàng)功能。由于其較高的性價(jià)比，目前在我國(guó)光學(xué)設(shè)計(jì)行業(yè)占據(jù)了相當(dāng)大的市場(chǎng)份額。39。39。10%5zy????倍率色差公差目鏡的倍率色差常用目鏡焦平面上的倍率色差與目鏡的焦距之比值來(lái)表示，即用角像差來(lái)表示其大小 ()39。39。023??畸變公差 ()39。39。39。239。ksinmu像散公差 ()39。39。239。子午慧差公差 ()39。sinFCmLu??按波色差計(jì)算為 ()39。39。SC根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取 （）39。239。6sinmLu???實(shí)際上邊緣孔徑處的球差未必正好校正到零，可控制在焦深以內(nèi)，故邊緣孔徑處的球差公差為 （）39。39。39。239。239。24m??倍 焦 深嚴(yán)格的表達(dá)式為 ()39。2164MaxmnWuL???? ()39。39。當(dāng)光學(xué)系統(tǒng)僅有初級(jí)球差時(shí)，經(jīng) 離焦后的最大39。由于這類(lèi)物鏡視場(chǎng)小、孔徑角較大，應(yīng)保證其軸上物點(diǎn)和近軸物點(diǎn)有很好的成像質(zhì)量，因此必須校正好球差、色差和正弦差，使之符合瑞利判斷的要求。利用它可由波像差的允許值得出幾何像差公差，但它只適用于評(píng)價(jià)望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡等小像差系統(tǒng)。此外，有些評(píng)價(jià)方法由于數(shù)學(xué)推演繁雜、計(jì)算量大，實(shí)際上也很難從像質(zhì)判據(jù)來(lái)直接得出像差公差。因?yàn)楣鈱W(xué)系統(tǒng)的像差公差不僅與像質(zhì)的評(píng)價(jià)方法有關(guān)，而且還隨系統(tǒng)的使用條件、使用要求和接收器性能等的不同而不同。/???mm則棱鏡 1 的斜邊長(zhǎng)度為 ，棱鏡 2 的斜邊長(zhǎng)度為 。F設(shè)兩棱鏡間隔為 b=2mm，棱鏡展開(kāi)厚度 和 與其通光口徑 和IdI PIDI =2 =2 IdPIDIdPID 則等效空氣板厚度為： 2In?2IPIIdDn?圖 是棱鏡展開(kāi)的相互位置關(guān)系圖圖 棱鏡展開(kāi)的相互位置關(guān)系圖2IPIaD?? ?IIn4PII 將 ， 帶入 ， 表達(dá)式：IaIIDPI32()tn4tanPIPII D????aII PI1339。圖 是棱鏡空間位置的投影圖。每個(gè)棱鏡展開(kāi)后的平行平板厚度為這個(gè)通光口徑的兩倍。2121()?????（七）目鏡的視度調(diào)節(jié) 折光度 N?39。39。39。.zm39。12()zlff??? 39。39。zl由高斯公式 39。??? 39。 39。1D?（三） 視場(chǎng)的光闌直徑 3 ??39。2（二）入瞳，出瞳直徑 30mm 得 3mm139。1:6f??39。 p出 瞳圖 對(duì)稱式目鏡3 光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 外形尺寸計(jì)算 (一) 求物鏡，目鏡的焦距。另外，這種目鏡還能夠校正彗差和像散，與前面介紹的目鏡相比較，對(duì)稱式目鏡的結(jié)構(gòu)更緊湊，場(chǎng)曲更小。為了加工方便，大多數(shù)對(duì)稱式目鏡都采取兩個(gè)透鏡組完全相同的結(jié)構(gòu)。（4）對(duì)稱式目鏡。這樣凱涅爾目鏡不僅可以校正彗差、像散以及垂軸色差，而且在場(chǎng)鏡和接目鏡間隔較小的情況下，也能校正垂軸色差，并且可以使場(chǎng)曲進(jìn)一步減小，目鏡的結(jié)構(gòu)也會(huì)相應(yīng)縮短。（3）凱涅爾目鏡。y遠(yuǎn)。冉斯登目鏡的特點(diǎn)是物方焦點(diǎn) F 在場(chǎng)鏡之前，接目鏡的焦點(diǎn) F2在 F 之前，視場(chǎng)光闌位于目鏡的物方焦平面 F 處。（2）冉斯登目鏡?；莞鼓跨R的視場(chǎng)光闌安置在接目鏡的物方焦平面上，出射窗在無(wú)窮遠(yuǎn)處?；莞鼓跨R的場(chǎng)鏡和接目鏡通常39。惠更斯目鏡的像方焦點(diǎn) 位于接目鏡之后，物方焦點(diǎn) 在兩透鏡之間。其中口徑較大靠近物鏡一方的透鏡 L1為場(chǎng)鏡，另一透鏡 L2靠近目方，稱為接目鏡，兩塊透鏡的焦距分別為 和 。 [8]（1）惠更斯目鏡。需要注意的是，目鏡通常是按反光路計(jì)算的，所以在像差補(bǔ)償時(shí)一定要考慮像差符號(hào)。而畸變由于不影響成像清晰，一般不作完全校正。由于目鏡的視場(chǎng)比較大，出瞳又遠(yuǎn)離透鏡組，所以軸外像差如彗差、像散、場(chǎng)曲、畸變、倍率色差都很大，為了校正這些像差，使得目鏡的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。目鏡的光學(xué)特性決定了目鏡的像差特點(diǎn)。如果顯微鏡和望遠(yuǎn)鏡不帶分劃板，可以允許工作距離大于 0，這樣目鏡的物方焦平面在目鏡內(nèi)部；如帶分劃板，則工作距離小于0，此時(shí)必須使目鏡的物方焦平面在外面，否則沒(méi)有分劃板的安置空間。而目鏡焦距常用的范圍為 15～30mm，因此目鏡的相對(duì)孔徑比較小，在 ～ 之間。對(duì)于一定型式的目鏡，鏡目距與焦距的比值（稱為相對(duì)鏡目距）近似地等于常數(shù)。目鏡的視場(chǎng)一般是比較大的，普通目鏡的視場(chǎng)角約為 400～500，廣角目鏡的視場(chǎng)角約為 600～900，超廣角目鏡的視場(chǎng)角大于 900。但是，如果增大目鏡視場(chǎng)，軸外像差勢(shì)必增大，影響系統(tǒng)的成像質(zhì)量。2?2?放大率三者有如下關(guān)系 39。目鏡的視39。從上式可以看出，要使目鏡有足夠的放大率，必須39。目鏡可以看成是一個(gè)與物鏡相匹配的放大鏡，因此，目鏡的放