下载文档原格式
光学设计实验报告望远镜系统设计一、实验目的（1）通过设计实验，加深对已学几何光学、像差理论及光学设计基本知识、一般手段的理解，并能初步运用；（2）介绍光学设计ZEMAX 的基本使用方法，设计实验通过ZEMAX 来实现二、实验内容及要求(1) 设计一个8倍开普勒望远镜的目镜，焦距f’=25mm ，出瞳直径D ’=4mm ，出瞳距>22mm ，视场角2ω’=25︒；考虑与物镜的像差补偿，目镜承担轴外像差的校正，物镜承担轴上像差的校正。
（2）设计一个8倍开普勒望远镜的物镜，其焦距、相对孔径D/f ’、视场角、像差补偿要求根据设计（1）的要求来确定，要求给出计算过程。
（3）将上述物镜与目镜组合成开普勒望远镜，要求望远镜的出射光束角像差小约3’左右。
如不符合要求，可结合ZEMAX 中paraxial 理想光学面，通过控制视觉放大倍率和组合焦距为无限大（如f ’>100000）等手段。
所有设计中采用可见光（F ，d ，C ）波段。
三、实验设计方案1、外形尺寸计算通过“未加入棱镜”的望远镜系统计算出主要的参数：原理图如下所示：物镜（孔径光阑）图１表示了一种常见的望远系统的光路图。
这种望远系统没有专门设置的孔径光阑，物镜框就是孔径光阑，也是入射光瞳。
出射光瞳位于目镜像方焦点之外，观察者就在此处观察物体的成像情况。
系统的视场光阑设在物镜的像平面处，即物镜和目镜的公共焦点处。
入射窗和出射窗分别位于系统的物方和像方的无限远，各与物平面和像平面重合。
1）求物镜的焦距根据开普勒望远镜的结构和视角放大率公式，可得方程组''2'1lz f f L ++='2'1f f -=Γ，，因为⨯=Γ=825'2mm fm m 2472225200200'1=++>=L mm f ，镜筒长度求解可得2)求物镜的通光口径D 1出瞳直径mm 4D '=，物镜的通光口径mm D D 32'11=Γ⨯= 3）求物镜的视场角2ω︒==Γ=74.132252,tan tan ''ωωωω，代入数据解得。
光学课程设计——望远镜系统结构参数设计一设计背景：在现在科学技术中，以典型精密仪器透镜、反射镜、棱镜等及其组合为关键部分的大口径光电系统的应用越来越广泛。
如：天文、空间望远镜；地基空间目标探测及识别；激光大气传输、惯性约束聚变装置等等……二设计目的及意义（1）、熟悉光学系统的设计原理及方法；（2）、综合应用所学的光学知识，对基本外形尺寸计算，主要考虑像质或相差；（3）、了解和熟悉开普勒望远镜和伽利略望远镜的基本结构及原理，根据所学的光学知识（高斯公式、牛顿公式等）对望远镜的外型尺寸进行基本计算；（4）、通过本次光学课程设计，认识和学习各种光学仪器（显微镜、潜望镜等）的基本测试步骤；三设计任务在运用光学知识，了解望远镜工作原理的基础上，完成望远镜的外形尺寸、物镜组、目镜组及转像系统的简易或原理设计。
并介绍光学设计中的PW法基本原理。
同时对光学系统中存在的像差进行分析。
四望远镜的介绍1．望远镜系统：望远镜是一种利用凹透镜和凸透镜观测遥远物体的光学仪器。
利用通过透镜的光线折射或光线被凹镜反射使之进入小孔并会聚成像，再经过一个放大目镜而被看到。
又称“千里镜”。
望远镜的第一个作用是放大远处物体的张角，使人眼能看清角距更小的细节。
望远镜第二个作用是把物镜收集到的比瞳孔直径（最大8毫米）粗得多的光束，送入人眼,使观测者能看到原来看不到的暗弱物体。
2．望远镜的一般特性望远镜的光学系统简称望远系统，是由物镜和目镜组成。
当用在观测无限远物体时，物镜的像方焦点和目镜的物方焦点重合，光学间隔d＝o。
当月在观测有限距离的物体时，两系统的光学问隔是一个不为零的小数量。
作为一般的研究，可以认为望远镜是由光学问隔为零的物镜和目镜组成的无焦系统。
这样平行光射入望远系统后，仍以平行光射出。
图9—9表示了一种常见的望远系统的光路图。
为了方便，图中的物镜和目镜均用单透镜表示。
这种望远系统没有专门设置孔径光阑，物镜框就是孔径光阑，也是入射光瞳，出射光瞳位于目镜像方焦点之外，观察者就在此处观察物体的成伤情况。
望远镜和显微镜实验报告BME8 鲍小凡 2008013215【实验目的】（1）了解望远镜和显微镜的构造及其放大原理，并掌握其使用方法； （2）了解放大率等的概念并掌握其测量方法； （3）进一步熟悉透镜成像规律。
【实验原理】 一、望远镜1、望远镜的基本光学系统无穷远处物体发出的光经物镜后在物镜焦平面上成一倒立缩小的实像，再利用目镜将此实像成像于无穷远处，使视角增大，利于人眼观察。
图1 望远镜的基本光学系统使用望远镜时，应先调目镜，看清分划板，再调镜筒长度。
使被观察物清晰可见并与分划板叉丝无视差（中间像落在分划板平面上）。
2、望远镜的视放大率。
记目视光学仪器所成的像对人眼的张角为ω’，物体直接对人眼的张角为ω，则视放大率：tan 'tan ωωΓ=由几何光路可知：0'''tan ,tan '''e e y y y f f f ωω===因此，望远镜的视放大率：0''T e f f Γ=实际测量望远镜无焦系统的视放大率时，利用图二所示的光路图。
当物y 较近时，即物距：()100'1''e L f f f <+时，物镜所成的像会位于O e 右侧（实像）或左侧（虚像），经目镜后，即成缩小的实像y ’’，于是视放大率：00'''''T e e f f y f f y Γ===图2 测望远镜的视放大率图3、物像共面时的视放大率。
当望远镜的被观测物位于有限远时，望远镜的视放大率可以通过移动目镜把像y ’’推远到与物y 在一个平面上来测量。
如图三。
此时：''tan ',tan y y L L ωω==于是可以得到望远镜物像共面时的视放大率：()()010''''''e T e L f f y y f L f +Γ==-可见，当物距L 1大于20倍物镜焦距时，它和无穷远时的视放大率差别很小。
基于Zemax的牛顿望远镜的设计基于Zemax的牛顿望远镜的设计 (1)1、简介 (1)2、优缺点 (3)2.1优点： (3)2.2不足： (3)3、Zemax设计 (4)3.1 设计要求 (4)3.2 设计过程 (4)4、参考与鸣谢 (8)5、附录：望远镜的性能简介 (9)5.1 物镜的光学特性： (9)5.2 物镜的结构样式： (10)5.3 系统的整体性能： (11)1、简介1670年，牛顿制备了第一个反射式望远镜。
他使用凹面镜（球面）将光线反射到一个焦点，如图1，2。
这种方法比当时望远镜的放大倍数高出数倍。
图1，2老牛本准备用非球面（抛物面），研磨工艺所限，迫使其采用球面反射镜做主镜：将直径2.5厘米的金属磨制成一个凹面反射镜，并在主镜的焦点前放了一个与主镜成45°的反射镜，使经主镜反射后的会聚光经反射镜后以90°反射出镜筒后到达目镜。
如图3，4。
球面镜虽然会产生一定的象差，但用反射镜代替折射镜却是一个巨大的成功。
所有的巨型望远镜大多属于反射望远镜，牛顿望远镜为反射望远镜的发展辅平了道路。
从牛顿制作出第一架反射望远镜到今天，300多年过去了，人们在其中加入了其他的设计，产生了许多的变形。
例如，在牛顿式望远镜中加入一组透镜，就产生了施密特-牛顿式，除此之外，还有许多的变形，但他们的基本结构都是牛顿式的。
图3，4在今天，世界上一些最为著名的望远镜都是采用牛顿式的结构。
例如，位于巴乐马山天文台的Hale天文望远镜，其主镜的尺寸为5米；W.M. 凯克天文台的Keck天文望远镜，其主镜由36块六角形的镜面拼接，组合成直径10米的主镜；还有哈勃太空望远镜，也是牛顿式望远镜。
牛顿反射望远镜采用抛物面镜作为主镜，光进入镜筒的底端，然后折回开口处的第二反射镜（平面的对角反射镜），再次改变方向进入目镜焦平面。
目镜为便于观察，被安置靠近望远镜镜筒顶部的侧方。
牛顿反射望远镜用平面镜替换昂贵笨重的透镜收集和聚焦光线，结构较简单。
教您天文望远镜基础知识入门一、望远镜种类（一）折射式望远镜折射式望远镜的构造如下图：折射式望远镜由两个透镜组成：固定在镜筒前端的是物镜（其口径大小直接决定望远镜的性能）；在镜筒尾端可以调换的是目镜。
上图为星特朗AstroMaster系列 90EQ优点：视野较大、星像明亮，使用和维护比较方便，反差及锐利度较同口径的反射镜佳，摄影及高倍行星观测，效果都相当不错。
缺点：有色像差(色差)问题，会降低分辨率。
（二）反射式望远镜反射式望远镜的构造如下图：上图为牛顿式反射式望远镜。
上图为星特朗AstroMaster系列130EQ优点：无色差、强光力和大视场，非常适合深空天体的目视观测。
缺点：彗差和像散较大，视野边缘像质变差，操作不太容易, 维护相对复杂。
（三）折反射式望远镜折反射式望远镜的构造如下图：上图为星特朗Omni XLT 127综合了折射镜和反射镜的优点：视野大、像质好、镜筒短、携带方便。
有施密特-卡塞格林式和马克苏托夫-卡塞格林2种。
三种类型望远镜优缺点对比：（1）折射式：通常小型（口径80毫米以下）折射望远镜具有便携优势，结构简单可靠性高，可以在旅行时随身携带。
在拍摄要求不高的情况完全可以满足摄影需求，而且与相机连接简单可以作为长焦镜头使用。
（2）反射式：大口径反射虽然不便携，但比其他类型望远镜有很多优势。
首先，造价低廉，很多爱好者可以自己磨制。
其次，大口径成像效果更好，利于高倍观测，而且焦比较小，适合观测和拍摄深空天体。
（3）折反式：折反同时具备折射式望远镜的便携和反射式望远镜的成像优势，但价格较贵。
三种望远镜优缺点对比：折射式优点：结构简单，便携，成像锐度好，缺点：镜筒封闭维护保养容易有色差、球差，口径大的价格相对较贵光学结构：物镜——目镜结构反射式优点：口径大，成像亮度高，无色差，价格相对便宜缺点：不便携，有球差，镜筒开放维护保养相对困难光学结构：反射镜——副镜——目镜结构折反式优点：便携，成像质量较好，镜筒封闭维护保养容易，缺点：口径相对较大结构复杂，在同口径其他类型望远镜中价格最贵光学结构：改正镜——反射镜——副镜——目镜结构二、常见的天文望远镜光学名词口径：指望远镜物镜的有效直径，口径大小直接决定望远镜性能。
10倍望远镜光学系统设计（普罗型）10倍望远镜光学系统设计（普罗型）摘要⽬前国内⽣产望远镜的⼚家（公司）较多，产品⼤部分销于国外，⽽对产品的性能精度要求越来越⾼，为适应社会要求，为使学⽣初步掌握光学仪器设计过程，光学系统是在透镜的基础上，以不同的组合来实现的，深⼊研究了正负透镜的成像规律和组合光路的成像特性，才能更好的研究复杂的光学系统，为⾼科技普及于民打下坚实基础。
进⼊⼆⼗⼀世纪，科学技术飞速发展，对应⽤软件的开发和使⽤，成为社会发展的重要途径。
本课题研究的主体是10倍普罗型望远镜光学系统。
普罗棱镜⼜叫直⾓棱镜，是传统的经典设计，⽐较常见的设计是由两个完全相同的直⾓棱镜构成，优点是形状简单，容易加⼯和装配，缺点是相对屋脊棱镜，重量和体积较⼤。
设计出10倍普罗型望远镜的技术指标：放⼤率10* D/f＇=1:6 视场2w =5°正像视度调节范围±5折光度. 分别计算出物镜、⽬镜的焦距，出瞳、⼊瞳的直径，视场光阑的直径，⽬镜的视场⾓，瞳距，⽬镜⼝径，⽬镜的视度调节范围。
将所得数据输⼊ZEMAX软件实现像差的校正与平衡。
最终设计出合格望远镜，画出零件图。
关键词：光学系统设计；望远镜；透镜成像；像差T en times the optical telescopes system design（porro）AbstractThe current domestic production of a telescope of the manufacturer said that most of the foreign product to sell, with the product and higher accuracy, in order to adapt to society, to prepare students to master optical instrument for the preliminary design process 。
一、实验目的（1）通过设计实验，加深对已学几何光学、像差理论及光学设计基本知识、一般手段的理解，并能初步运用；（2）介绍光学设计ZEMAX 的基本使用方法，设计实验通过ZEMAX 来实现二、实验内容及要求(1) 设计一个8倍开普勒望远镜的目镜，焦距f’=25mm ，出瞳直径D ’=4mm ，出瞳距>22mm ，视场角2ω’=25︒；考虑与物镜的像差补偿，目镜承担轴外像差的校正，物镜承担轴上像差的校正。
（2）设计一个8倍开普勒望远镜的物镜，其焦距、相对孔径D/f ’、视场角、像差补偿要求根据设计（1）的要求来确定，要求给出计算过程。
（3）将上述物镜与目镜组合成开普勒望远镜，要求望远镜的出射光束角像差小约3’左右。
如不符合要求，可结合ZEMAX 中paraxial 理想光学面，通过控制视觉放大倍率和组合焦距为无限大（如f ’>100000）等手段。
所有设计中采用可见光（F ，d ，C ）波段。
三、实验设计方案1、外形尺寸计算通过“未加入棱镜”的望远镜系统计算出主要的参数： 原理图如下所示：物镜（孔径光阑）图１表示了一种常见的望远系统的光路图。
这种望远系统没有专门设置的孔径光阑，物镜框就是孔径光阑，也是入射光瞳。
出射光瞳位于目镜像方焦点之外，观察者就在此处观察物体的成像情况。
系统的视场光阑设在物镜的像平面处，即物镜和目镜的公共焦点处。
入射窗和出射窗分别位于系统的物方和像方的无限远，各与物平面和像平面重合。
1）求物镜的焦距根据开普勒望远镜的结构和视角放大率公式，可得方程组''2'1lz f f L ++='2'1f f -=Γ，，因为⨯=Γ=825'2mm fm m 2472225200200'1=++>=L mm f ，镜筒长度求解可得2)求物镜的通光口径D 1出瞳直径mm 4D '=，物镜的通光口径mm D D 32'11=Γ⨯=3）求物镜的视场角2ω︒==Γ=74.132252,tan tan ''ωωωω，代入数据解得。
精心整理内调焦准距式望远系统一、技术参数选择；选择技术要求如下：放大率：?=24?加常数：c=0分辨率：??4?最短视距：Ds=2m视场角：2w=1.6?筒长：LT=160mm乘常数：k=100??=-24?，L=170，Q=0.60f?12=233.33，d0=111.48f?1=140.50，f?2=-57.57，f?3=11.80代入检验公式为：()2222122142f -f -f L-f δ-f c ''''+'=(2-4)将所确定的参数代入，得：c =0.00254由此可见，系统满足准距条件，其所引起的测量误差可以忽略不计。
二、外形尺寸计算；1、物镜通光孔径及出瞳大小为了满足分辨率的要求，即??4?，由 得：，则：2D 2=D 1-d 034tg w ?=-?出瞳距因l z 2=l ?z 15取l 1于是得调焦镜的调焦量：?d =d –d 0=128.77–111.71=17.06mm三、结构选型；在本设计中，主物镜的相对孔径约1:4，调焦镜的相对孔径1:5.6，因此，主物镜和调焦镜均可选用最简单的双胶合物镜。
目镜在光学设计手册中选择一个合适的目镜,并用缩放法调到合适尺寸。
1．求解物镜 f1 140.5 p 无穷 0 w 无穷 0 c1 0由上20)2.0(85.0 ++=∞∞W P P 求得 理论p0 -0.034 选择玻璃 n1n21.6725 1.5399 k7查表 小Φ1 A K Q0查表W0 形状Q2 Q3 Q ρ1 ρ2 ρ3 r1 r2 r3 确定透镜厚度 x1 2.662136 x2 4.963452 x3 0.023535 t1 5.441053 d1 3.139737 t2 2.103904 d2 7.090891 d 10.23063 D1 36 2．求解调焦镜用同样的方法求解调焦镜f2 -57.57 d0 111.48 l2 29.02 D2 10.55P- 0 W- 0 C- 0P 无穷 22.809716 W 无穷 -5.257081 U- -1.983804 P0 1.0717551物镜的系统数据：By ：Aseis形状Q1 -0.752199 Q2 -7.029211 Q3 -7.096496 Q -7.062854 ρ1 -1.732565 ρ2 -4.882854 ρ3 -3.237566 r1 33.228198 r2 11.790237 r3 17.781875 图3-6内调焦准距式望远镜光学系统图草图物镜的点扩散图：物镜的mtf图：调焦镜的系统数据：调焦镜的点扩散图：调焦镜的mtf图：目镜的总结：。
