双胶合望远物镜设计(精)

双胶合望远物镜的设计
1.确定要设计的望远镜的需求和目标。

这包括确定观测目标的类型（是天文观测还是地球观测）、期望的分辨率和光学口径等。

2.确定物镜的基本参数。

物镜的基本参数包括光学口径、焦距和波长范围等。

根据观测需求和目标来确定这些参数，以便在设计过程中进行优化。

3.进行双胶合物镜的初步设计。

双胶合物镜由两个物镜镜头组成，其中一个作为物镜，另一个作为准直镜。

初步设计包括确定物镜和准直镜的曲率半径、厚度、孔径等参数，并进行初步的光学系统分析和优化。

4.进行双胶合物镜的最终设计。

最终设计包括对镜片的形状、曲率、厚度等进行进一步优化，使得物镜和准直镜在光学性能上达到最佳状态。

这一步骤通常需要使用光学设计软件进行模拟和分析。

5.进行光学系统的完整性分析。

完成物镜和准直镜的设计后，需要对整个光学系统进行分析，以确保在不同焦距和观测条件下都能达到预期的性能。

这包括通过使用衍射图像圆点函数来评估系统的分辨率和像差，以及通过光学路径分析来评估系统的定位和稳定性。

6.进行光学系统的组装和调试。

一旦完成了光学系统的设计和分析，就可以进行物镜和准直镜的组装和调试。

这包括对镜片进行抛光和涂镀，以及对光学系统进行调整和校准，以使其达到预期的性能。

以上就是双胶合望远物镜的设计步骤。

双胶合望远物镜的设计是一个复杂和细致的过程，需要充分考虑观测需求和目标，并进行仔细的光学系统分析和优化。

通过合理地设计和调整，双胶合望远物镜可以在天文观测和地球观测中发挥出更好的性能，提供更清晰和准确的图像和数据。

光学设计课程报告班级：学号：姓名：日期：目录双胶合望远物镜的设计 (02)摄远物镜的设计 (12)对称式目镜的设计与双胶合物镜的配合 (20)艾尔弗目镜的设计 (30)低倍消色差物镜的设计 (38)无限筒长的高倍显微物镜的设计 (47)双高斯照相物镜的设计 (52)反摄远物镜的设计 (62)课程总结 (70)双胶合望远物镜的设计1、设计指标：设计一个周视瞄准镜的双胶合望远物镜（加棱镜），技术要求如下：视放大率：3.7⨯；出瞳直径：4mm ；出瞳距离：大于等于20mm ；全视场角：210w =︒；物镜焦距：'=85f mm物；棱镜折射率：n=(K9)；棱镜展开长：31mm ；棱镜与物镜的距离40mm ；孔径光阑为在物镜前35mm 。

2、初始结构计算 (1) 求J h h z ，，根据光学特性的要求4.728.142===D h ：44.75tan 85tan ''=⨯=•= ωf y0871.0''==f h u648.0'''==y u n J(2)计算平行玻璃板的像差和数CS S S I I I I ，，平行玻璃板入射光束的有关参数为0871.0=u0875.0)5tan(-=-= z u 005.1-=u u z平行玻璃板本身的参数为d=31mm ； n=； 1.64=ν 带入平行玻璃板的初级像差公式可得：000665.01.51631-1.5163×0.0871×-311324432-==--=I du n n S0.0006682=(-1.005)×-0.000665=u u ×=zI I I S S000824.0087.05163.11.6415163.13112222-=⨯⨯-⨯-=--=I u n n dS C υ(3)根据整个系统的要求，求出系统的像差和数S Ⅰ，S Ⅱ，C SⅠ：为了保证补偿目镜的像差，要求物镜系统（包含双胶合物镜和棱镜）的像差为：'m δL =0.1mm ，'0.001m SC =-，'0.05FC L mm ∆=(4)列出初级像差方程式求解双胶合物镜的C W P ，，∞∞由于棱镜物镜系统S S S +=所以双胶合物镜的像差和数为000852.0-棱镜系统-==I I I S S S0019642.0-棱镜系统-==II II I I S SS000444.0-棱镜系统==I I I C CS SS C(5)列出初级像差方程求P ，W ，C(6)由P ，W ，C 求C W P ，，∞∞由于h=，f ’=85，因此有进而可得：174.0)(3==ϕh P P3994.0)(2==ϕh W W由于望远镜本身对无限远物平面成像，因此无需再对物平面位置进行归化：174.0==∞P P 3994.0==∞W W将∞∞W P ，带入公式求0P根据，查找玻璃组合。

2.要求设计一个周视瞄准镜的双胶合望远物镜（加棱镜），技术要求如下：设计过程： 1.求h ，h z ，J1006.14365.7148.01'''4365.7)tan(''0621.335/5tan 58.12'/'tan 148.0502/tan 8.147.34'/tan '/'tan =⨯⨯===--==⇒==⇒===⨯==⨯=Γ=⇒=Γ==y u n J mmw f y mm h h mmh f h u D u mm D D D D uf h u z z o入入出入计算平行玻璃板的像差和数S 1、S 2、S 3 平行板入射光束的有关参数为：5912.0,0875.0)5tan(,148.0-=-=-==u u u u zz根据已知条件，平行玻璃板本身参数为：64.11.5163,n 31mm,d ===υ则平行平板的初级像差为：3.列出初级像差方程式求解双胶合物镜的C W P ,,∞∞ 根据整个系统物镜的像差要求：mmL SC mm L FC m m 05.0,001.0,1.0'''=∆-==δ系统的像差和数为：0010952.000220.0)(2200438.02S '2'''3''''''''2''''1-=∆-==-=-=-=-=FC m s m L u n S y SC u n k u n S L u n δ 由于S 系统=S 物镜+S 棱镜，双胶合物镜的像差和数为：0.00128480.00238-0.001095S -0.0010750.003275-0.0022S 0.001160.00554-0.00438S =+====+=I ∏I C列出初级像差方程，求P,W,C00238.0n1-n -dS 0.0032765/u)(u S S 00554.0n1-S 223z 124321-====-=⨯-=u du n υ00000812.0001285.000123.0001075.00000922.00016.058.1223=⇒===⇒-=-==⇒===∏I C C h S W JW P h S P P hP S z由P,W,C,求C W P ,,∞∞ 由于''1,85,58.12f f h ===ϕ所以00069.005591.0)(02846.0)('23======Cf C h WW h PP ϕϕ由于望远镜物镜对无限远物平面成像，无须对平面位置再进行优化。

《光学设计》PW 法求初始结构参数（双胶合物镜设计）姓名：李军 学号：12085212光学特性：已知焦距mm f 435=；通光孔径mm D 67= ； 入曈位置与物镜重合 0=z I展成玻璃板的总厚度mm d 175=。

（1）确定物镜形式：由于物镜相对孔径较小：1540.043567,==fD视场不大，物镜系统没有特殊要求，可以采用简单的双胶合物镜。

（2）求初始结构 1、求,,z h h J由设计条件，有:5.332672===D h ，由于瞳孔与物镜重合，所以0=zh注意：由于含有平板，平板会产生像差，所以要用物镜的像差来平衡平板的像差。

0770.04355.33,,===f h u 80.22)3tan(435tan ,.=-⨯-=⋅-=。

ωf y 756.180.220770.0,,,=⨯==y u n J2、计算玻璃的平板像差 ，两个平板：0524.0-3,0770.0=-==。

z u u ，6805.00770.00524.0-=-=u u z由已知条件：（n 为折射率，v 为阿贝常数）1.64,5163.1,175===νn d将上列数值带入初级相差公式得到：00233.00773.05163.115163.1175143232-=⨯-⨯-=--=n n d S I00158.0)6805.0(00233.0=-⨯-==uu S S zIII 00363.00770.05163.11.6415163.117512222-=⨯⨯-⨯-=--=u n n d S IS ν3、双胶合物镜像差双胶合物镜像差应该与平行平板像差等值反号，据此提出物镜像差。

（若不需平衡平板像差的话，取物镜像差都为0）（1）根据S I,求C 并规划成C 进行规化后：c h c h S IS 22∑==，所以000003234.0=C求规划后的C ，根据公式：00141.0435000003587.0,=⨯==Cf C（2）求P 、W ： 由初级相差和数hp hp S I ∑==：得到0000695.05.3300233.0===h S P I 由公式：JW p h W J hp S Z I I -=-=∑∑,由于0=z h ， 所以00090.0756.1)00158.0(=--=-=J S WII （3）求P ∞、W ∞：已知mm f 435=，，5.33=h000457.0)(00593.0,0770.032,====ϕϕϕh h fh h ，）（根据公式可以得到：152.0000457.00000695.0)(3===ϕh P P1518.000593.000090.0)(2===ϕh W W物体平面在无限远位置，无需再对规划后的物体位置进行规划：152.0==∞P P , 1518.0==∞W W4）求0P冕牌玻璃在前：1497.0)1.0(85.020=--=∞W P P4.查表，选玻璃对。

《应用光学》课程设计—望远镜设计计算指导说明：1、本指导将全面介绍带有普罗I型转像棱镜系统的望远镜设计过程以及计算，作为《应用光学》课程设计的实习范例。

实验报告需在此基础上完善和修改，严禁全盘抄袭本指导，否则作0分处理！2、本指导省略了理论分析部分，计算依据请参考有关资料。

题目：双筒棱镜望远镜设计（望远镜的物镜和目镜的选型和设计）要求：双筒棱镜望远镜设计，采用普罗I型棱镜转像，系统要求为：1、望远镜的放大率Γ＝6倍；2、物镜的相对孔径D/f′＝1：4（D为入瞳直径，D ＝30mm）；3、望远镜的视场角2ω＝8°；4、仪器总长度在110mm左右，视场边缘允许50%的渐晕；5、棱镜最后一面到分划板的距离 14mm，棱镜采用K9玻璃，两棱镜间隔为2～5mm。

6、lz′=8～10mm我们的工作将按照以下步骤进行：1、系统外形尺寸的计算：根据需求确定像差，选型；2、使用PW法进行初始结构的计算：确定系统的r、d、n；3、像差的校正：通过修改r、d、n，调整像差至容限之内；4、进行像质评价，总结数据图表，完成设计。

第一部分：外形尺寸计算一、各类尺寸计算 1、计算'f o和'f e由技术要求有：1'4o D f =，又30D mm =，所以'120o f mm =。

又放大率Γ＝6倍，所以''206o e f f mm ==。

2、计算D 出303056D D D mm =∴===Γ物出物 3、计算D 视场2'2120416.7824o o D f tg tg mm ω==⨯⨯=视场4、计算'ω（目镜视场）''45o tg tg ωωωΓ⨯=⇒≈5、计算棱镜通光口径D 棱（将棱镜展开为平行平板，理论略） 问题：如何考虑渐晕？我们还是采取50%渐晕，但是拦掉哪一部分光呢？拦掉下半部分光对成像质量没有改善（对称结构，只能使光能减少），所以我们选择上下边缘各拦掉25%的光，保留中间的50%。

第十五章 望远镜物镜设计望远镜一般由物镜、目镜、棱镜或透镜式转像系统构成。

望远镜物镜的作用是将远方的物体成像在目镜上，经目镜放大后供人眼观察。

如图15－1所示。

图15－1 望远镜系统§1 望远镜物镜的光学特性一 望远镜物镜的光学特性参数望远镜物镜的光学特性由焦距、相对孔径、视场等参数表示。

1 焦距望远镜物镜的焦距／物f 等于目镜焦距／目f 与望远镜倍率的乘积，因而，一般望远镜的倍率越高，物镜的焦距越长。

高倍望远镜物镜焦距可达到一米左右，天文望远镜物镜焦距可达到数米。

望远镜物镜的焦距大多在mm 500~100之间。

2 相对孔径在望远系统中，入射的平行光束经过系统后仍然为平行光束，因此物镜的相对孔径／物f D 与目镜的相对孔径／目f D /是相等的。

目镜的相对孔径主要由出射光瞳直径/D 和出射光瞳距离/p l 决定，目镜的出射光瞳直径一般为mm 4左右，出射光瞳距离/p l 一般要求mm 20。

为保证出射光瞳距离，目镜的焦距／目f 一般大于或等于mm 25，这样，目镜的相对孔径约为71~41。

所以，物镜的相对孔径不大，一般小于51。

但当物镜的焦距很长时，物镜的光瞳口径却可以很大，如天文望远镜中有口径为几米的物镜。

3 视场望远镜物镜的视场ω2与目镜的视场/2ω以及系统的视放大率Γ之间有如下关系：ωωtg tg ⋅Γ=/目镜视场因受结构限制，目前/2ω大多在070以下，这就限制了物镜的视场不会很大，一般在012以下。

二 望远镜物镜像差校正要求由于望远镜物镜的相对孔径和视场都不大，同时允许视场边缘成像质量适当降低，因此它的结构型式比较简单，故望远镜物镜要求主要校正球差、慧差、轴向色差，而不校正对应于像高/y 二次方的各种单色像差（像散、场曲、畸变）和倍率色差。

由于望远镜要与目镜、棱镜或透镜式转像系统组合起来使用，所以在设计望远镜物镜时，应考虑到它与其他部分之间的像差补偿关系。

在物镜光路中有棱镜的情况下，物镜的像差应当与棱镜的像差互相补偿，即棱镜的像差要靠物镜来补偿，由物镜来校正棱镜的像差。

r
d
278.7045
4
玻璃 B-797.442
（1）平板和数： （2）双胶合规化值： （3）选择玻璃对： （4）放缩后的半径：
优化前： 数据编辑
2D光路图 2D点列图
优化后： 数据编辑
2D光路图
2D点列图
例如选取了QK3-F3玻璃对，查表有： 由于相对孔径较小，允许P0误差大些。 5.求透镜组的半径： （1）求Q: 由公式 （2）求半径: ,
, , （3）求放缩半径：以上求得半径对应的情况，为求得半径为的情况， 上式对应的实际半径应乘： 6.确定厚度： 透镜厚度除了与半径大小，还得考虑透镜固定的方法、质量要求和加 工难易程度等。参考《光学设计手册》的相关规定，用实际作图可 得： 整个物镜的参数为：
, 4）求 冕牌玻璃在前：
4. 查表，选玻璃对。 查表的步骤一般是根据要求的值用插值法求出不同玻璃 组合的P0
值，如果与要求的P0值之差在一定公差范围内，这样的玻璃就能满足要 求。对一般双胶合物镜P0值的公差大约在1.0 左右。相对孔径越小，P0 值允许的误差越大，因为它对P的影响就越小。通常可以在表中查到若 干对玻璃能满足P0、的要求，然后再在这些玻璃对中进行挑选。挑选的 原则是要求玻璃的化学稳定性和工艺性好、球面的半径大，以便于加 工。一般Q0绝对值比较小、两种玻璃n值相差比较大的玻璃，球面半径 比较大。根据这些要求，就可以从表中查到几对较好的玻璃组合，找到 P0、Q0、W0。
3、双胶合物镜像差 双胶合物镜像差应该与平行平板像差等值反号，据此提出物镜像差。
（若不需平衡平板像差的话，取物镜像差都为0） （1）根据SI,求C并规划成进行规化后： ，所以 求规划后的，根据公式：
（2）求P、W： 由初级相差和数：得到 由公式：,由于， 所以

1
f眼 '
48.83mm 13.415mm 8.615mm
2
f眼 '
，取 d1 1.5, d2 4.5
3
双胶合结构参数求完！
3、设计场镜
场镜在此处的作用是帮助光瞳衔接，改变出瞳的位置。 正的场镜能使后面光组的通光口径减小，使物镜出瞳更靠近 目镜，负场镜则反之。 设计思路： 1）我们前提已知系统出瞳的位置 lz ' 10mm ，现在采取反追方 法，所以出瞳就变成了目镜的入瞳； 2）该入瞳通过接眼镜成的像与物镜框是共轭的，但此时还 不重合； 3）在接眼镜后加上场镜，使之前的像再通过场镜成像到物
S
IIp
S IIp (
up u
) 0.003404 ；
C
Ip

d (n 1) 2 u 0.003670 n2
3、双胶合物镜像差
双胶合物镜像差应该与平行平板像差等值反号，据此提 出物镜像差。 （若不需平衡平板像差的话， 取物镜像差都为 0）
S I 0.006906 即双胶合像差 S II 0.003404 C 0.003667 I


所以接着计算：
r1 Q 1.789 1 2 1 2 0.4915 ，所以 r2 1 n1 1 1 1 2.7857 r3 3 2 n2 1 f眼 '
Ks ' S ' c 'y 0 . 0 02 5 8. 3 9 1 2 0.02
589.32
n 'sin 2 um
=0.0377；
小于 0.02 即可。
修改 r1 、 r2 、 r3 达到以上要求！ 请看范例 物镜.zmx

2.要求设计一个周视瞄准镜的双胶合望远物镜（加棱镜），技术要求如下：设计过程：1.求h，h z，J1006.14365.7148.01'''4365.7)tan(''0621.335/5tan 58.12'/'tan 148.0502/tan 8.147.34'/tan '/'tan =⨯⨯===--==⇒==⇒===⨯==⨯=Γ=⇒=Γ==y u n J mmw f y mmh h mmh f h u D u mmD D D D uf h u z z o 入入出入2.计算平行玻璃板的像差和数S 1、S 2、S 3平行板入射光束的有关参数为：5912.0,0875.0)5tan(,148.0-=-=-==u u u u zz根据已知条件，平行玻璃板本身参数为：64.11.5163,n 31mm,d ===υ则平行平板的初级像差为：3.列出初级像差方程式求解双胶合物镜的CW P ,,∞∞根据整个系统物镜的像差要求：mm L SC mm L FC m m 05.0,001.0,1.0'''=∆-==δ系统的像差和数为：0010952.000220.0)(2200438.02S '2'''3''''''''2''''1-=∆-==-=-=-=-=FC m s m L u n S y SC u n k u n S L u n δ00238.0n 1-n -d S 0.0032765/u)(u S S 00554.0n 1-S 223z 124321-====-=⨯-=u du n υ由于S 系统=S 物镜+S 棱镜，双胶合物镜的像差和数为：0.00128480.00238-0.001095S -0.0010750.003275-0.0022S 0.001160.00554-0.00438S =+====+=I ∏I C① 列出初级像差方程，求P,W,C00000812.0001285.000123.0001075.00000922.00016.058.1223=⇒===⇒-=-==⇒===∏I C C h S W JW P h S P P hP S z② 由P,W,C,求C W P ,,∞∞由于''1,85,58.12f f h ===ϕ 所以00069.005591.0)(02846.0)('23======Cf C h W W h P P ϕϕ由于望远镜物镜对无限远物平面成像，无须对平面位置再进行优化。

2、要求设计一个周视瞄准镜得双胶合望远物镜（加棱镜），技术要求如下：设计过程： 1.求h ，h z ，J1006.14365.7148.01'''4365.7)tan(''0621.335/5tan 58.12'/'tan 148.0502/tan 8.147.34'/tan '/'tan =⨯⨯===--==⇒==⇒===⨯==⨯=Γ=⇒=Γ==y u n J mmw f y mm h h mmh f h u D u mm D D D D uf h u z z o入入出入2.计算平行玻璃板得像差与数S 1、S 2、S 3 平行板入射光束得有关参数为：5912.0,0875.0)5tan(,148.0-=-=-==u u u u zz ο根据已知条件，平行玻璃板本身参数为：64.11.5163,n 31mm,d ===υ则平行平板得初级像差为：3、列出初级像差方程式求解双胶合物镜得C W P ,,∞∞ 根据整个系统物镜得像差要求：mmL SC mm L FC m m 05.0,001.0,1.0'''=∆-==δ系统得像差与数为：0010952.000220.0)(2200438.02S '2'''3''''''''2''''1-=∆-==-=-=-=-=FC m s m L u n S y SC u n k u n S L u n δ 由于S 系统=S 物镜+S 棱镜，双胶合物镜得像差与数为：0.00128480.00238-0.001095S -0.0010750.003275-0.0022S 0.001160.00554-0.00438S =+====+=I ∏I C① 列出初级像差方程，求P,W,C00238.0n1-n -dS 0.0032765/u)(u S S 00554.0n1-S 223z 124321-====-=⨯-=u du n υ00000812.0001285.000123.0001075.00000922.00016.058.1223=⇒===⇒-=-==⇒===∏I C C h S W JW P h S P P hP S z② 由P,W,C,求C W P ,,∞∞ 由于''1,85,58.12f f h ===ϕ所以00069.005591.0)(02846.0)('23======Cf C h WW h PP ϕϕ由于望远镜物镜对无限远物平面成像，无须对平面位置再进行优化。

• 供优化的结构参数变量的选择原则是，在可能的条件下尽 量设定较多的结构参数作为变量。在所设计的胶合透镜中 选择R1、R2和R3三个曲率半径作为变量。具体方法是： LDE中，将高亮条移动到要改变的参数上，按Ctrl-Z设定 变量。当该参数作为变量时，在其数据之后中将出字母 “V” 。注意Ctrl-Z是—个切换器，当高亮条在所设定的 参量处时，再按Ctrl-Z撤消变量设定。 • 最后，在LDE中设定优化参考像面设定。本设计中选用近 轴理想像面作为优化参考像面，即将第3间隔设定arginal Ray Height。设定：Solve Type为Marginal Ray Height， Height为0，Pupil Zone为0。也可将Solve Type为 Variable，表示以移焦后最佳像面为参考像面。
消色差双胶合物镜设计要求
第一步：初始结构参数确定
1 V1
V1 V2
1 2
，
，
2
V2
V1 V2
,
• 本例中，正、负透镜的玻璃材料分别选用BK7 和SF2 2 0.00448 0.00848
1
f1 117.92mm
f2 223.22mm
第二步：透镜初始结构与光学特性 参数输入
• 用Wavelength Data对话框定义工作波长。在ZEMAX主菜 单中选择System＼Wavelengths…或选工具栏中Wav，打 开Wavelength Data对话框，选择Select —>中F，d， C(Visible)，其余为默认值。
第三步：变量的设定
消色差双胶合望远物镜设计
设计说明
• 望远镜物镜要求校正的像差主要是轴向色差、球 差和彗差。 • 望远物镜用不同折射率的冕牌玻璃和火石玻璃搭 配而成，当合理选配时可同时校正球差，色差及 正弦差。 • 在这三种像差中通常首先校正色差，因为初级色 差和透镜形状无关，校正了色差以后，保持透镜 的光焦度不变，再用弯曲透镜的方法校正球差和 彗差，对已校正的色差影响很小。

双胶合物镜课程设计报告一、课程目标知识目标：1. 学生能理解并掌握双胶合物镜的基本概念，包括其组成、原理和应用。

2. 学生能够准确描述双胶合物镜的成像特点及其在光学仪器中的作用。

3. 学生能够了解双胶合物镜在现实生活中的应用案例，并能够分析其工作原理。

技能目标：1. 学生能够通过实验操作，掌握双胶合物镜的组装和调整方法。

2. 学生能够运用光学知识，对双胶合物镜的成像效果进行预测和计算。

3. 学生能够运用所学知识，分析和解决与双胶合物镜相关的实际问题。

情感态度价值观目标：1. 学生通过学习双胶合物镜，培养对光学科学的兴趣和好奇心，增强对科学探究的热情。

2. 学生能够认识到双胶合物镜在科技发展和社会进步中的重要作用，增强对科技创新的价值认同。

3. 学生在小组合作中，培养团队协作精神，提高沟通与交流能力。

本课程针对初中年级学生，结合学生好奇心强、动手能力逐渐提高的特点，注重理论与实践相结合，旨在培养学生的光学知识、实验技能和科学素养。

课程目标既关注学生对双胶合物镜知识的掌握，又注重培养学生的实践操作能力，同时强化情感态度价值观的引导，为学生奠定扎实的科学基础。

二、教学内容1. 双胶合物镜的基本原理：介绍双胶合物镜的定义、类型及其成像原理，包括凸透镜和凹透镜的组成、光线传播规律等。

2. 双胶合物镜的成像特点：分析双胶合物镜的成像规律，如实像与虚像、放大与缩小、倒立与正立等，结合实际应用案例进行讲解。

3. 双胶合物镜的实验操作：指导学生进行双胶合物镜的组装、调整和成像实验，让学生在实践中掌握光学成像的原理和方法。

4. 双胶合物镜的应用案例分析：介绍双胶合物镜在照相机、投影仪、显微镜等光学仪器中的应用，分析其工作原理和功能。

教学内容安排：第一课时：双胶合物镜的基本原理及成像规律第二课时：双胶合物镜的实验操作（一）第三课时：双胶合物镜的实验操作（二）第四课时：双胶合物镜的应用案例分析及讨论本教学内容基于课程目标，按照系统性和科学性原则进行组织，结合教材相关章节，确保学生在掌握基础知识的同时，能够通过实验和应用案例分析，提高实践操作能力和解决问题的能力。

2.要求设计一个周视瞄准镜的双胶合望远物镜（加棱镜），技术要求如下：设计过程： 1.求h ，h z ，J1006.14365.7148.01'''4365.7)tan(''0621.335/5tan 58.12'/'tan 148.0502/tan 8.147.34'/tan '/'tan =⨯⨯===--==⇒==⇒===⨯==⨯=Γ=⇒=Γ==y u n J mm w f y mm h h mmh f h u D u mm D D D D uf h u z z o入入出入2.计算平行玻璃板的像差和数S 1、S 2、S 3 平行板入射光束的有关参数为：5912.0,0875.0)5t a n (,148.0-=-=-==u uu u z z根据已知条件，平行玻璃板本身参数为：64.11.5163,n 31mm,d ===υ则平行平板的初级像差为：3.列出初级像差方程式求解双胶合物镜的C W P ,,∞∞ 根据整个系统物镜的像差要求：mmL SC mm L FC m m 05.0,001.0,1.0'''=∆-==δ系统的像差和数为：0010952.000220.0)(2200438.02S '2'''3''''''''2''''1-=∆-==-=-=-=-=FC m s m L u n S y SC u n k u n S L u n δ 由于S 系统=S 物镜+S 棱镜，双胶合物镜的像差和数为：0.00128480.00238-0.001095S -0.0010750.003275-0.0022S 0.001160.00554-0.00438S =+====+=I ∏I C① 列出初级像差方程，求P,W,C00238.0n1-n -dS 0.0032765/u)(u S S 00554.0n1-S 223z 124321-====-=⨯-=u du n υ00000812.0001285.000123.0001075.00000922.00016.058.1223=⇒===⇒-=-==⇒===∏I C C h S W JW P h S P P hP S z② 由P,W,C,求C W P ,,∞∞ 由于''1,85,58.12f f h ===ϕ所以00069.005591.0)(02846.0)('23======Cf C h WW h PP ϕϕ由于望远镜物镜对无限远物平面成像，无须对平面位置再进行优化。

3）正弦差控制 Ks’由TRAY(Hy=1.0,Px=1.0)， y’由PIMH得到 SC’m= K’s/y’由DIVI得到 4 4）轴向色差控制 AXCL，输入波长号（1，3）和孔径（0.707） 此时求得的轴向色差和实际符号相反，一般可以 乘上一个‘-1’。
设置变量
现在除了三种像差，还有个焦距需要控制，而自 适应法优化控制像差数必须小于自变量数的基本 要求，我们现在仅有三个变量（棱镜的参数显然 不变），因此先不控制球差。
双胶合望远物镜 的设计
设计一个光学系统就是在满足系统全部要求的前提下， 确定系统的结构参数。 系统的结构参数和像差之间是满足函数关系的，我们之 前介绍过的最小二乘法就是将各种像差残量（也就是实 际值和理论值之差）的平方和构成一个评价函数，通过 求评价函数的极小值解，使像差残量逐步减小，达到校 正像差的目的； 同时对实际光学系统来说，各种像差不是相等的，要达 到合理匹配，因此要加入权因子，权因子大，表示优先 减小对应像差，因此我们希望某种像差数值减小，就给 它一个较大的权因子；
正弦差：根据初级彗差和初级正弦差的关系 SC’m= K’s/y’=-8.3832µm/13.154mm=-0.000637 K’s: y’ :
弧矢光线对的两条光线对称 于子午面，故两光线在高斯像面 上的交点高度ys’相等，yz’是主光 线在高斯像面上的交点高度，则
' '是： 一、参加校正的像差个数m必须小于或等于自变量个数n； 二、参加校正的像差不能相关，否则校正就要中断。 此外和最小二乘法一样，为了保证系统能实际制造出来， 需要设置系统的相关边界条件： 1）负透镜的最小中心厚度和正透镜的最小边缘厚度； 2）透镜的最大中心厚度 3）玻璃光学常数 （玻璃三角形）
我们将用适应法光学自动设计程序设计双胶合望 远物镜。双胶合透镜组是能够同时校正δL’m, SC’m, ∆L’FC三种像差的最简单的结构。 双胶合透镜组的自变量只有三个球面曲率，作为 薄透镜组的透镜厚度一般不作为自变量。可以把 玻璃的光学常数作为自变量参与校正像差。

双胶合望远物镜课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解双胶合望远物镜的基本结构和工作原理；2. 掌握双胶合望远物镜的成像特点、光学性能及其在望远镜中的应用；3. 了解光学材料及加工工艺对双胶合望远物镜性能的影响。

技能目标：1. 能够运用所学知识，分析并计算双胶合望远物镜的焦距、视场角等参数；2. 学会使用相关软件或工具，进行双胶合望远物镜的设计与优化；3. 能够运用科学探究方法，进行双胶合望远物镜性能的实验测试。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对光学仪器及望远镜的兴趣，激发他们探索宇宙的热情；2. 培养学生严谨的科学态度，使他们认识到科技进步对人类社会发展的重要性；3. 增强学生的团队合作意识，提高他们沟通、协作解决问题的能力。

课程性质：本课程属于物理学科，以光学知识为基础，结合实际应用，培养学生对双胶合望远物镜的设计与制造技能。

学生特点：高二年级学生，已具备一定的物理知识和科学探究能力，对光学仪器有一定了解。

教学要求：结合课程内容，注重理论与实践相结合，提高学生的动手操作能力和实际问题解决能力。

通过小组合作、实验探究等形式，培养学生的团队协作能力和创新精神。

在教学过程中，关注学生的个体差异，因材施教，使每个学生都能达到课程目标。

二、教学内容1. 光学基础知识回顾：光的传播、反射、折射定律；2. 双胶合望远物镜原理：双胶合透镜的结构、成像特点、光学性能；3. 望远镜基础知识：望远镜的分类、工作原理、性能指标；4. 双胶合望远物镜设计：光学设计原理、透镜材料选择、加工工艺；5. 双胶合望远物镜参数计算：焦距、视场角、放大率等；6. 设计与优化软件应用：光学设计软件介绍、操作方法；7. 实验教学：双胶合望远物镜性能测试、数据分析；8. 实际案例分析：国内外双胶合望远物镜产品的设计、应用及优缺点分析。

教材章节关联：1. 《物理学》光学章节：光的传播、反射、折射；2. 《光学仪器》望远镜章节：望远镜的工作原理、性能指标；3. 《光学设计》透镜设计章节：双胶合透镜设计原理、光学材料选择。

1. 设计一个望远镜(焦距100mm，全视场角8度)2. 设计一个显微镜（放大倍率10倍，NA=0.2，共轭距离210mm）3. 设计一个照相物镜（焦距50mm，相对孔径1/2，全视场角50度）内容:（1）通过给定的参数，计算出其他参数值。

（2）分析系统需要校正的象差类型。

（3）通过手册查询初始结构，并回答所属类型，然后输入到计算机软件中给出输入结果的二维图。

（4）采用上机学到的知识进行全部优化。

给出MTF结果。

（5）采用上机学习的知识进行对样板和公差分析，给出操作步骤的图片和结果。

（6）绘制出光学系统图。

望远物镜设计（1）f’=100, D/f’=1/4, D=25mm, 2w=8（2）系统需校正的像差：球差、慧差、色差、场曲（3）查手册选初始结构，f’=109.81, D/f’=1/2.2,2w=12，l’f=99.12 .属于双胶合、双分离摄远物镜二维输出结果：（4）（5）采用上机学习的知识进行对样板和公差分析，给出操作步骤的图片和结果。

步骤：一. 设定Tolerance Data1. 一般情况我们可以利用Zemax 的Default Tolerances 进行设置，在Tolerance Data Editor 中Tools 菜单下有Default Tolerances 选项。

弹出如下对话框:在此对话框可以对各面的R值，TC,偏心(Decenter),倾斜(Titlt),不规则度(Irregularity)及材质的公差进行设定。

各项意义如下：Surface Tolerances 一列Ｒadius.(半径公差)，它可以使用一个具体的量(Millmeters 此为Lens Unit)作为限制，也可使用干涉条纹数(Fringes)做为限制。

Thickness(中心厚度),它以当前ZemaxFile 中的Lens Unit 做为单位。

Decenter X/Decenter Y 偏心公差差Tilt X/Tilt Y 面的倾角S + A Irreg Spherical and Astigmatism 不规则度(仅对于Standard Surface Type)Zern Irreg 泽尔尼克不规则度(Zernike Irregularity)Index 玻璃材质折射率Abbe 玻璃材质色散系数Element Tolerances 一列只有Decenter 及Tilt 的设定，其意义同上，但与Surface Tolerances 的区别是它将应用一个元件而不是一个光学表面。

目录一、前言 (7)二、ZEMAX仿真 (9)三、设计优化 (17)四、数据比较和优化后参数 (21)五、设计心得体会 (24)六、参考文献 (25)评分表附表 (26)一前言光学是研究光的行为和性质，以及光和物质相互作用的物理学科。

光是一种电磁波，在物理学中，电磁波由电动力学中的麦克斯韦方程组描述；同时，光具有波粒二象性，需要用量子力学表达。

光的本性也是光学研究的重要课题。

微粒说把光看成是由微粒组成，认为这些微粒按力学规律沿直线飞行，因此光具有直线传播的性质。

我们通常把光学分成几何光学、物理光学和量子光学。

几何光学是从几个由实验得来的基本原理出发，来研究光的传播问题的学科。

它利用光线的概念、折射、反射定律来描述光在各种媒质中传播的途径，它得出的结果通常总是波动光学在某些条件下的近似或极限。

物理光学是从光的波动性出发来研究光在传播过程中所发生的现象的学科，所以也称为波动光学。

它可以比较方便的研究光的干涉、光的衍射、光的偏振，以及光在各向异性的媒质中传插时所表现出的现象。

波动光学的基础就是经典电动力学的麦克斯韦方程组。

波动光学不详论介电常数和磁导率与物质结构的关系，而侧重于解释光波的表现规律。

波动光学可以解释光在散射媒质和各向异性媒质中传播时现象，以及光在媒质界面附近的表现；也能解释色散现象和各种媒质中压力、温度、声场、电场和磁场对光的现象的影响。

量子光学 1900年普朗克在研究黑体辐射时，为了从理论上推导出得到的与实际相符甚好的经验公式，他大胆地提出了与经典概念迥然不同的假设，即“组成黑体的振子的能量不能连续变化，只能取一份份的分立值”。

光学是由许多与物理学紧密联系的分支学科组成；由于它有广泛的应用，所以还有一系列应用背景较强的分支学科也属于光学范围。

所以光学是一个相当有用的学科。

本次设计采用ZEMAX光学设计软件。

ZEMAX是一个用来模拟、分析和辅助设计光学系统的程序。

ZEMAX的界面设计得比较容易被使用，稍加练习就能很快地进行交互设计。