三分离望远物镜的设计
三片型望远镜物镜系统设计报告
三片型望远镜物镜系统设计报告物镜是望远镜中最重要的组件之一，它决定着望远镜的分辨率和光学性能。
设计一款高质量的物镜系统对于实现高清晰度和高放大倍数的观测是至关重要的。
在本报告中，将介绍一种三片型望远镜物镜系统的设计。
首先，我们选择了三片型物镜系统，因为它具有良好的光学性能和较小的色差。
它由三个镜片组成，分别称为目镜、中镜和物镜。
这种设计可以有效减少畸变和散光，提高图像的清晰度和准确性。
在设计物镜系统时，我们首先确定了光学焦距和口径。
光学焦距决定了望远镜的放大倍数，而口径则决定了光的收集能力。
为了实现高分辨率的观测，我们选择了较长的光学焦距和较大的口径。
然后，我们根据设计要求选择了合适的光学玻璃材料。
光学玻璃的折射率和色散性质会影响物镜系统的成像质量。
我们选择了具有较低色散率的特殊光学玻璃材料，以减少色差和散光现象。
接下来，我们进行了最佳的透镜曲率半径和厚度的选择。
透镜的曲率半径和厚度会影响光线的弯曲和聚焦，因此在设计过程中需要进行精确调整。
我们使用了光学设计软件进行模拟和优化，以确定最佳的透镜参数。
最后，我们进行了物镜系统的光学测试和校准。
通过使用干涉仪、散斑法和星光观测等方法，我们对物镜系统的成像质量进行了评估。
通过调整透镜的位置和角度，我们进一步优化了系统的光学性能。
通过上述设计和优化步骤，我们成功设计了一款高质量的三片型望远镜物镜系统。
该系统具有较高的分辨率、准确的成像和较小的色差。
我们将继续改进该系统的设计，并进行实际观测和测试，以验证其性能和可靠性。
总结起来，物镜是望远镜中最关键的组件之一，其设计需要考虑光学焦距、口径、材料和曲率半径等因素。
通过使用光学设计软件进行模拟和优化，并进行光学测试和校准，我们可以设计出高质量的物镜系统。
这种三片型望远镜的物镜系统具有较高的分辨率和准确的成像，适用于各种天文观测和科研应用。
望远物镜设计的特点
l2 f1'
2l2 r1
h2 h1
l2' l2
u2 u2'
r2
1
r1
其中，α表示次镜离第一焦点的距离，也决定了次镜的 遮光比，β表示次镜的放大倍数。主镜的焦距乘以β即为系 统的焦距，或主镜的F数乘以β的绝对值即为系统的F数。
两镜系统的最大优点是主镜的口径可能做得较大，远超 过透镜的极限尺寸，镀反射膜后，使用波段很宽，没有色差， 同时采用非球面后，有较大的消像差的能力。因此，两镜系 统结构比较简单，成像质量优良。但是，两镜系统也有一些 缺点，例如不容易得到较大成像质量优良的视场，次镜会引 起中心遮拦，有时遮拦比还较大，非球面与球面相比制造难 度加大。但现在非球面加工技术越来越成熟，因此在空间光 学系统中，两镜系统仍然是一个很好的选择。
50/ 1 ;150/ 1 ;300/1 ;1000/ 1
f
/
D f
为
34 6
10
望远镜物镜的结构型式
(2)双－单
视场为2ω<5°; 相对孔径 D 为 1 ～ 1 ;
f 3 2
透镜口径D≤100mm
望远镜物镜的结构型式
(3)单-双
视场为2ω<5°;
相对孔径 D 为 1
f 3
～
1 2.5
;
透镜口径D≤100mm
r1=153.1 r2=-112.93 r3=-361.68
6 K9 4 ZF1
r
d
nD
1
153.10
6 1.5163
-112.93
4 1.6475
-361.68 50
1
0.00
150 1.5163
zemax设计 - 三片式照相物镜设计
三片式照相物镜设计
透镜参数：
1.焦距为9mm。
2.相对孔径为1/4。
3.全视场2ω为40度。
4.所有视场在67.5lp/mm处时，MTF>0.3。
5.三个透镜选用的玻璃依次为ZK5，F6，ZK11。
CAD图：
1.系统二维图：
2.系统三维图：
3.点列图：
1）当ω=20度时，系统的慧差较大。
2）从图中可以看到黑色圆圈所包含的点较多，说明能量较为集中。
3）系统的弥散斑半径较小，该系统符合设计要求。
4.MTF曲线
1）当所有视场在67.5lp/mm处时，MTF曲线>0.3。
符合系统设计要求。
2）图中黑色的线为衍射极限，图中其他曲线的走势和衍射极限的走势基本相同，系统较为优秀。
3）S曲线（弧矢曲线）与T曲线（子午曲线）基本重合，说明镜头的像散比较小。
4）图中曲线较为平直，说明边缘与中间一致性较好。
5.光线扇面（Ray Fan）
6.光程差扇形图（OPD Fan）
7.Field Curv/Dist（场曲）
8.点扩散函数PSF
9.包围圆能量曲线
在上图中，曲线较为陡直，且拐弯点较高，说明该系统较好。
三片分离式照相物镜优化设计
三片分离式照相物镜优化设计集团公司文件内部编码：（TTT-UUTT-MMYB-URTTY-ITTLTY-三片分离式照相物镜的优化设计(1)光学特性：f ’=12mm,D/f ’=1/3.5,2w=40° （2）像质主要以调制传递函数MTF 衡量，具体要求是： 全视场在50lp/mm 处，MTF>0.4。
任务：1、简述照相物镜的设计原理和类型；2．确定照相物镜的基本性能要求，并确定恰当的初始结构；3．输入镜头组数据，设置评价函数操作数，进行优化设计和像差结果分析； 4．给出像质评价报告，撰写课程设计论文照相物镜的简介照相物镜的基本光学性能主要由三个参数表征。
即焦距f ’、相对孔径D/f ’和视场角2w 。
照相物镜的焦距决定所成像的大小Ⅰ）当物体处于有限远时，像高为y ’=(1-ωβtan ')f式中，β为垂轴放大率，ll y y ''==β。
对一般的照相机来说，物距l 都比较大，一般l >1米，f ’为几十毫米，因此像平面靠近焦面，''f l ≈，所以Ⅱ）当物体处于无限远时，β→∞像高为 y ’=ωtan 'f 因此半视场角ω=actan''f y 下表中列出了照相物镜的焦距标准：相对孔径决定其受衍射限制的最高分辨率和像面光照度，在此的分辨率亦即通常所说的截止频N照相物镜中只有很少几种如微缩物镜和制版物镜追求高分辨率，多数照相物镜因其本身的分辨率不高，相对孔径的作用是为了提高像面光照度E’=1/4πLτ(D/f’)2照相物镜的视场角决定其在接受器上成清晰像的空间范围。
按视场角的大小，照相物镜又分为a）小视场物镜：视场角在30°以下；b）中视场物镜：视场角在30°~60°之间；c）广角物镜：视场角在60°~90°之间；d）超广角物镜：视场角在90°以上。
三分离望远物镜的设计
燕山大学课程设计说明书题目:三分离望远物镜的设计学院（系）：电气工程学院年级专业： 09级仪表1班学号：学生姓名：指导教师：教师职称：副教授电气工程学院《课程设计》任务书课程名称：光学仪器基础课程设计说明：1、此表一式三份，系、学生各一份，报送院教务科一份。
2、学生那份任务书要求装订到课程设计报告前面。
电气工程学院教务科燕山大学课程设计评审意见表摘要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。
随着科学技术的发展光学仪器已普遍应用在社会的各个领域。
我们知道，光学仪器的核心部分是光学系统。
然而一个高质量的成像光学系统是要好的光学设计来实现的，所以说，光学设计是实现各种光学仪器的基础。
光学设计要完成的工作包括光学系统设计和光学结构设计。
所谓光学设计就是根据系统所提出的使用要求，来决定满足各种使用要求的数据，即设计出光学系统的性能参数、外形尺寸、各光组的结构等。
大体可以分为两个阶段。
第一阶段根据仪器总体的要求，从仪器的总体出发，拟定出光学系统原理图，并初步计算系统的外形尺寸，以及系统中各部分要求的光学特性等。
第二阶段是根据初步计算结果，确定每个透镜组的具体结构参数，以保证满足系统光学特性和成像要求。
这一阶段的设计成为“相差设计”，一般简称光学设计。
评价一个光学系统的好坏，一方面要看它的性能和成像质量，另一方面要系统的复杂度。
一个系统设计的好坏应该是在满足使用要求的情况下，结构设计最简单的系统。
关键字：望远镜三分离物镜ZEMAX 缩放法目录第一章光学概述 (3)第二章ZEMAX软件介绍 (4)第三章缩放法的简介 (4)第四章初始结构的参数及曲线 (5)第五章优化后的光学系统参数及曲线 (11)第六章学习心得 (13)第七章参考文献 (13)第一章光学概述光学(optics)是研究光（电磁波）的行为和性质，以及光和物质相互作用的物理学科。
三片分离式照相物镜优化设计
三片分离式照相物镜优化设计The latest revision on November 22, 2020三片分离式照相物镜的优化设计(1)光学特性：f ’=12mm,D/f ’=1/3.5,2w=40°（2）像质主要以调制传递函数MTF 衡量，具体要求是：全视场在50lp/mm 处，MTF>0.4。
任务：1、简述照相物镜的设计原理和类型；2．确定照相物镜的基本性能要求，并确定恰当的初始结构；3．输入镜头组数据，设置评价函数操作数，进行优化设计和像差结果分析；4．给出像质评价报告，撰写课程设计论文照相物镜的简介照相物镜的基本光学性能主要由三个参数表征。
即焦距f ’、相对孔径D/f ’和视场角2w 。
照相物镜的焦距决定所成像的大小Ⅰ）当物体处于有限远时，像高为y ’=(1-ωβtan ')f式中，β为垂轴放大率，l l y y ''==β。
对一般的照相机来说，物距l 都比较大，一般l >1米，f ’为几十毫米，因此像平面靠近焦面，''f l ≈，所以Ⅱ）当物体处于无限远时，β→∞像高为y ’=ωtan 'f因此半视场角 ω=actan ''f y 下表中列出了照相物镜的焦距标准：相对孔径决定其受衍射限制的最高分辨率和像面光照度，在此的分辨率亦即通常所说的截止频N照相物镜中只有很少几种如微缩物镜和制版物镜追求高分辨率，多数照相物镜因其本身的分辨率不高，相对孔径的作用是为了提高像面光照度E’=1/4πLτ(D/f’)2照相物镜的视场角决定其在接受器上成清晰像的空间范围。
按视场角的大小，照相物镜又分为a）小视场物镜：视场角在30°以下；b）中视场物镜：视场角在30°~60°之间；c）广角物镜：视场角在60°~90°之间；d）超广角物镜：视场角在90°以上。
照相物镜按其相对孔径的大小，大致分为a）弱光物镜：相对孔径小于1：9；b）普通物镜：相对孔径为1：9~1：3.5；c）强光物镜：相对孔径为1：3.5~1：1.4；d）超强光物镜：相对孔径大于1：1.4；照相物镜没有专门的视场光阑，视场大小被接受器本身的有效接受面积所限制，即以接收器本身的边框作为视场光阑。
三镜原理的四种应用和图示
三镜原理的四种应用和图示
1. 显微镜
•显微镜是一种利用光学原理来放大微小物体的仪器，其中使用了三镜原理来实现高倍率的放大效果。
•三镜原理在显微镜中的应用方式是通过将光线分别经过两个凸透镜和一个凹透镜，使得被观察物体放大数倍。
2. 望远镜
•望远镜是一种观察远距离物体的设备，其中的望远镜也使用了三镜原理来实现放大效果。
•在望远镜中，光线首先经过一个凹透镜收集，并被一个凸透镜放大，最后通过一个凸透镜进一步放大，从而实现对远距离物体的观察。
3. 照相机
•在照相机中，三镜原理被应用于相机镜头的设计，以实现对被摄体的放大和成像。
•光线首先通过一个凹透镜被聚焦，然后经过一个凸透镜进行进一步放大和成像，最后通过光敏芯片记录成像结果。
4. 投影仪
•投影仪是一种将图像放大并投射到屏幕上的设备，其中也应用了三镜原理。
•在投影仪中，光线首先经过一个凸透镜被聚焦，然后通过一个凹透镜进行进一步放大，最后通过透镜来将图像投射在屏幕上。
以上是三镜原理在四种常见设备中的应用方式。
通过三镜原理，这些设备能够
实现对物体的有效放大和成像，从而在各自的领域中发挥重要作用。
在图示方面，由于不能插入图片内容，请自行参考网络上与三镜原理相关的图
示来加深对其原理的理解。
可以搜索关键词“三镜原理图示”来获取相关的图示资料。
总结起来，三镜原理在显微镜、望远镜、照相机和投影仪等设备中都发挥了重
要的作用，通过将光线经过多个透镜的处理，实现对物体的有效放大和成像。
这些设备的应用在科学研究、观察和记录等领域起到了关键作用。
三片式物镜设计+Zemax文件截图
三片式物镜的设计小组成员：执笔人：1.设计任务的具体指标及其要求35mm相机胶片 50mm焦距 F/3.5 玻璃最小中心厚度与边缘厚度4mm，最大中心厚18mm 空气间隔最小2mm可见光波段光阑位于中间透镜各透镜所用材料SK4---F2----SK42.入瞳直径的设定点击Gen打开General窗口，在General系统通用数据对话框中设置孔径。
在孔径类型中选择Image Space F/#，并根据设计要求在Aperture Value中输入3.5.3.视场的设定由于使用35mm相机胶片，其规格尺寸为36mm*24mm，Zemax中一般使用圆形像面，因此该矩形像面的外接圆半径经计算为21.7mm，0.707像高的视场高度为15.3mm。
点击Fie打开Field Data窗口，设置三个视场分别为0mm、15.3mm、21.7mm。
4.工作波长的设定选择可见光波段，点击Wav按钮，设置Select-F，d，C（Visible），自动输入三个特征波长。
5.评价函数的选择执行命令Editors----Mreit Function打开Mreit Function Editor编辑窗口，在Mreit Function Editor编辑窗口中执行命令Tools---Default Merit Function，打开默认评价函数对话窗口，选择RMS---Spot Radius--Centroid评价方法，并将厚度边界条件设置为玻璃最小中心厚度与边缘厚度4mm，最大中心厚18mm，空气间隔最小2mm。
6.系统的透镜参数设定在Lens Data Editor中输入部分初始结构，设置中间透镜为光阑，设置各透镜所用玻璃材料类型。
因为此时的焦距为49.7684此时的光路图为如下所示以上分析说明目前系统存在球差、彗差、色差、场曲等缺陷。
局部优化：首先进行了SPHA函数的优化，此时系统评价函数已经比较小，各个像差也均比较小。
zemax设计 - 三片式照相物镜设计
三片式照相物镜设计
透镜参数：
1.焦距为9mm。
2.相对孔径为1/4。
3.全视场2ω为40度。
4.所有视场在67.5lp/mm处时，MTF>0.3。
5.三个透镜选用的玻璃依次为ZK5，F6，ZK11。
CAD图：
1.系统二维图：
2.系统三维图：
3.点列图：
1）当ω=20度时，系统的慧差较大。
2）从图中可以看到黑色圆圈所包含的点较多，说明能量较为集中。
3）系统的弥散斑半径较小，该系统符合设计要求。
4.MTF曲线
1）当所有视场在67.5lp/mm处时，MTF曲线>0.3。
符合系统设计要求。
2）图中黑色的线为衍射极限，图中其他曲线的走势和衍射极限的走势基本相同，系统较为优秀。
3）S曲线（弧矢曲线）与T曲线（子午曲线）基本重合，说明镜头的像散比较小。
4）图中曲线较为平直，说明边缘与中间一致性较好。
5.光线扇面（Ray Fan）
6.光程差扇形图（OPD Fan）
7.Field Curv/Dist（场曲）
8.点扩散函数PSF
9.包围圆能量曲线
在上图中，曲线较为陡直，且拐弯点较高，说明该系统较好。
三片式物镜课程设计
三片式物镜课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解并掌握三片式物镜的基本结构及工作原理；2. 学生能描述三片式物镜在显微镜中的应用及其作用；3. 学生能了解不同三片式物镜的成像特点及其适用范围。
技能目标：1. 学生能够运用三片式物镜进行显微镜的操作与使用；2. 学生能够通过实际操作，掌握三片式物镜的更换与保养方法；3. 学生能够运用所学知识，分析并解决显微镜使用过程中遇到的问题。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对显微镜及三片式物镜的兴趣，激发探究精神；2. 学生在学习过程中，培养团队合作意识，学会分享与交流；3. 学生通过本课程的学习，认识到科技发展对人类生活的影响，增强社会责任感。
课程性质：本课程为实验课程，结合理论讲解与实际操作，让学生在动手实践中掌握知识。
学生特点：学生在本年级已具备一定的显微镜知识基础，对实验操作具有好奇心和求知欲。
教学要求：教师应注重理论与实践相结合，关注学生的个体差异，引导他们通过自主学习、合作交流等方式，达到课程目标。
在教学过程中，将目标分解为具体的学习成果，便于教学设计和评估。
二、教学内容1. 三片式物镜基本概念与结构：介绍三片式物镜的定义、组成及其在显微镜中的作用；参考教材相关章节，让学生理解物镜与目镜的协同工作原理。
- 教材章节：第二章第三节《显微镜的物镜与目镜》- 内容列举：物镜的结构、放大原理、与目镜的配合2. 三片式物镜的成像特点及适用范围：分析不同三片式物镜的成像特点，及其在不同实验环境下的适用性。
- 教材章节：第二章第四节《显微镜的成像特点》- 内容列举：低倍物镜、高倍物镜、油镜的成像特点及使用场景3. 显微镜的操作与使用：结合三片式物镜，讲解显微镜的组装、使用、调整及保养方法。
- 教材章节：第三章《显微镜的操作与使用》- 内容列举：显微镜的组装与调整、物镜的更换与保养、显微镜的操作步骤4. 实际操作与问题分析：安排学生进行显微镜实际操作，引导他们观察、分析并解决操作过程中遇到的问题。
光学设计第15章望远镜物镜设计
光学设计第15章望远镜物镜设计
望远镜物镜设计是一项精密的工作，是将光学原理与望远镜外观结合在一起，使用光学工程原理来设计最优的物镜结构的过程，让望远镜具有较高的光学性能。
望远镜物镜设计包括光学系统设计、光学稳定性设计、光学像质设计和光学布线设计等。
1、光学系统设计
光学系统设计是望远镜物镜设计的核心，它是优化物镜结构的过程，也是物镜设计的核心技术和理论支持。
它的设计考虑的因素包括成像系统的像质、失焦量、像面形状、距离等，以及物镜安装的功能及望远镜构型的要求等，实质上是用合理的光学聚焦来形成良好的成像系统。
2、光学稳定性设计
光学稳定性设计是望远镜物镜设计的重要内容，其目的是确保望远镜物镜在使用中能够保持稳定的聚焦状态。
物镜设计时，需要设计出可以确保望远镜物镜准确定位和具有良好的抗斜杆联动性的结构。
3、光学像质设计
光学像质设计是望远镜物镜设计的重要方面，主要目的是保证望远镜能够获得清晰、高质量的观测图像。
物镜设计时，需要考虑图像质量，而光学设计则是对图像质量的关键保证。
zemax设计三片式照相物镜设计
三片式照相物镜设计
透镜参数：
1.焦距为9mm。
2.相对孔径为1/4。
3.全视场2ω为40度。
4.所有视场在67.5lp/mm处时，MTF>0.3。
5.三个透镜选用的玻璃依次为ZK5，F6，ZK11。
CAD图：
1.系统二维图：
2.系统三维图：
3.点列图：
1）当ω=20度时，系统的慧差较大。
2）从图中可以看到黑色圆圈所包含的点较多，说明能量较为集中。
3）系统的弥散斑半径较小，该系统符合设计要求。
4.MTF曲线
1）当所有视场在67.5lp/mm处时，MTF曲线>0.3。
符合系统设计要求。
2）图中黑色的线为衍射极限，图中其他曲线的走势和衍射极限的走势基本相同，系统较为优秀。
3）S曲线（弧矢曲线）与T曲线（子午曲线）基本重合，说明镜头的像散比较小。
4）图中曲线较为平直，说明边缘与中间一致性较好。
5.光线扇面（Ray Fan）
6.光程差扇形图（OPD Fan）
7.Field Curv/Dist（场曲）
8.点扩散函数PSF
9.包围圆能量曲线
在上图中，曲线较为陡直，且拐弯点较高，说明该系统较好。
三片分离式照相物镜优化设计
三片分离式照相物镜的优化设计(1) 光学特性：f ’=12mm,D/f ’=1/,2w=40°（2）像质主要以调制传递函数MTF 衡量，具体要求是：全视场在50lp/mm 处， MT F>。
任务：1、简述照相物镜的设计原理和类型；2．确定照相物镜的基本性能要求，并确定恰当的初始结构；3．输入镜头组数据，设置评价函数操作数，进行优化设计和像差结果分析；4．给出像质评价报告，撰写课程设计论文照相物镜的简介照相物镜的基本光学性能主要由三个参数表征。
即焦距f ’、相对孔径D/f ’和视场角2w 。
照相物镜的焦距决定所成像的大小Ⅰ）当物体处于有限远时，像高为y ’=(1-ωβtan ')f式中，β为垂轴放大率，l l y y ''==β。
对一般的照相机来说，物距l 都比较大，一般l >1米，f ’为几十毫米，因此像平面靠近焦面，''f l ≈，所以Ⅱ）当物体处于无限远时，β→∞像高为 y ’=ωtan 'f 因此半视场角ω=actan''f y下表中列出了照相物镜的焦距标准：相对孔径决定其受衍射限制的最高分辨率和像面光照度，在此的分辨率亦即通常所说的截止频N照相物镜中只有很少几种如微缩物镜和制版物镜追求高分辨率，多数照相物镜因其本身的分辨率不高，相对孔径的作用是为了提高像面光照度E’=1/4πLτ(D/f’)2照相物镜的视场角决定其在接受器上成清晰像的空间范围。
按视场角的大小，照相物镜又分为a）小视场物镜：视场角在30°以下；b）中视场物镜：视场角在30°~60°之间；c）广角物镜：视场角在60°~90°之间；d）超广角物镜：视场角在90°以上。
照相物镜按其相对孔径的大小，大致分为a）弱光物镜：相对孔径小于1：9；b）普通物镜：相对孔径为1：9~1：；c）强光物镜：相对孔径为1：~1：；d）超强光物镜：相对孔径大于1：；照相物镜没有专门的视场光阑，视场大小被接受器本身的有效接受面积所限制，即以接收器本身的边框作为视场光阑。
一种三片型照相物镜的设计
一种三片型照相物镜的设计2篇三片型照相物镜是一种常见的光学装置，广泛应用于相机和摄影设备中。
它由三个光学元件组成，包括凸透镜和凹透镜，通过合理的设计和组合，可实现对光线的聚焦和成像。
以下将对三片型照相物镜的设计进行探讨。
首先，三片型照相物镜的设计需要考虑凸透镜和凹透镜的选择和安排。
凸透镜通常用于屏住，它可以使光线发生折射，从而使光线能够在物镜中正常聚焦。
而凹透镜则用于调节物镜的聚焦点位置，通过改变凹透镜的曲率，可以实现对成像的调整。
因此，在设计过程中，需要根据实际需要选择合适的凸透镜和凹透镜，并将它们安排在适当的位置。
其次，在三片型照相物镜的设计中，还需要考虑光线的折射和反射问题。
由于光线在不同介质中的传播速度不同，当光线从一个介质射入另一个介质时，会发生折射现象。
因此，在选择凸透镜和凹透镜的材料时，需要考虑它们的折射率，以确保光线能够正常折射和聚焦。
此外，由于光线的传播过程中会存在反射损失，因此还需要进行适当的镀膜处理，以减少反射损失，提高成像质量。
最后，在三片型照相物镜的设计中，还需要考虑光学系统的整体结构和参数。
其中，最重要的参数之一是焦距，它决定了物镜的聚焦能力和成像清晰度。
因此，在选择凸透镜和凹透镜的曲率和位置时，需要根据焦距的要求进行合理的调整。
此外，还需要考虑物镜的口径和视场角，以及光学系统的直径和长度等参数，以满足不同需求下的拍摄要求。
总的来说，三片型照相物镜的设计是一个综合考虑多个因素的过程。
通过合理选择和组合凸透镜和凹透镜，考虑光线的折射和反射问题，以及确定合适的结构和参数，可以实现高质量的成像效果。
因此，在实际应用中，设计师需要根据具体需求进行调整和优化，以获得满意的成像效果。
望远镜物镜的设计方法
望远镜物镜的设计方法一、引言望远镜物镜是望远镜中最重要的组件之一，起到聚集和折射光线的作用。
物镜的设计直接影响到望远镜的分辨率、亮度和视场等性能指标。
因此，物镜的设计方法显得尤为重要。
二、物镜设计的基本原理物镜的设计目标是在给定的参数条件下，使得望远镜具有最佳的成像质量。
物镜的设计方法主要基于以下原理：1. 折射原理：物镜利用透镜的折射原理将光线聚焦到焦点上。
根据透镜的曲率和折射率，可以计算出透镜的焦距和焦点位置。
2. 理想成像原理：物镜的设计目标是实现尽可能接近理想成像的效果。
理想成像是指物镜将入射光线聚焦到一个点上，形成清晰的像。
实际物镜设计中，需要考虑像差的问题，通过优化透镜的曲率和厚度分布等参数，减小像差的影响。
3. 光学设计软件：物镜的设计过程通常借助光学设计软件进行模拟和优化。
光学设计软件能够根据设计要求和参数输入，自动生成透镜的曲率和厚度分布，并通过光线追迹法进行成像质量的评估和优化。
三、物镜设计的步骤物镜的设计通常包括以下步骤：1. 确定设计要求：根据望远镜的应用需求，确定物镜的参数要求，如焦距、口径、视场等。
2. 选择透镜材料：根据设计要求和预算，选择适合的透镜材料。
透镜材料的选择应考虑折射率、色散性能、透过率等因素。
3. 初步设计：利用光学设计软件进行初步设计，确定透镜的曲率和厚度分布。
根据设计要求和透镜材料的特性，进行初步的光学系统仿真和评估。
4. 优化设计：通过光学设计软件进行优化设计，调整透镜的参数，如曲率半径、厚度等，以达到更好的成像质量。
优化设计过程中，可以采用遗传算法、模拟退火等方法，寻找最优的设计解。
5. 系统评估：对优化后的设计方案进行系统评估，包括成像质量、像差分析、光学效率等指标。
根据评估结果，对设计方案进行调整和改进。
6. 光学制造和测试：根据最终的设计方案，制造物镜并进行光学测试。
光学测试可以通过干涉仪、星测试等方法进行，以验证物镜的成像质量是否符合设计要求。
30 m望远镜三镜系统初步设计与分析
第44卷第3期 2018年3月北京工业大学学报J O U R N A L O F BEIJING UNIVERSITY O F T E C H N O L O G YVol.44 No.3Mar. 201830 m望远镜三镜系统初步设计与分析赵宏超，张景旭，杨飞，安其昌(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，长春130033)摘要：为保证30 m望远镜（thirty-meter telescope，T M T)聚集的光线顺利进人各个终端设备，设计了一套适用于30 m望远镜的精密跟踪指向三镜系统.该系统包含有基于Whiffle-tree原理的三镜支撑系统设计和采用地平式结构的跟踪指向系统设计2两个部分.通过参数化建模手段，在A N S Y S中建立了系统的详细模型，联合Matlab完成 了98个主要工况下的静力学分析后，对镜面面形结果以及结构变形情况进行了统计总结.最后将面形误差引人到 Z E M A X中，分析了三镜面形变化对光学调制传递函数的影响.结果表明:98个工况下三镜位置与理想位置最大偏 差为1.28 m m，系统的第一阶谐振频率为15. 1 H z，各工况下三镜面形精度均满足指标要求.三镜面形误差对系统 M T F影响较大，但通过主镜主动光学校正后可以明显提髙成像质量，满足使用要求.通过分析可知，该方案能够满 足30 m望远镜项目的需求.探索与解决巨型望远镜的这些技术问题能够大大提髙中国在超大口径光学望远镜上 的设计和制造能力，并为建设中国下一代巨型望远镜积累丰富的经验.关键词：30 m望远镜；系统级分析；面形精度；调制传递函数中图分类号：T H751 文献标志码：A文章编号：0254 -0037(2018)03 -0357 -06doi： 10.11936/bjutxb201Design and Analysis of Tertiary Mirror System of a Thirty-MeterTelescope in Conceptual PhaseZ H A O H o n g c h a o，Z H A N G Jingxu，Y A N G Fei，A N Qichang(Changchun I nstitute of Optics，Fine Mechanics and Physics，Chinese Academy of Sciences，Changchun 130033，China) Abstract：A giant steerable tertiary mirror system was promoted to ensure that the light gathered by the thirty-meter telescope ( T M T)goes into the terminal equipment. This system contains two main assemblies：the mirror cell assembly and the positioner assembly. In the mirror cell assembly，both the axial support system and the lateral support system used the whiffle-tree structure. In the positioner assembly，an azimuth-altitude structure was used to solve the pointing problem. A detailed systemic parametric model was constructed in A N S Y S.With the help of M A T L A B and A N S Y S，analysis under 98 main work conditions was carried out to verify the M3S performance. S o m e statistical methods were applied to process the simulation results. T h e n，the surface figure error was induced into the optical analysis. Result shows that the m a x i m u m displacement is up to 1. 28 m m with a first modal frequency of15. 1 Hz. In optical analysis，the surface figure error degrades the modulation transfer function (M T F)，h o w e v e r，the effect can be declined by active optics correction. Analysis results show that the proposeddesign can meet the requirements of the thirty-meter telescope project. Exploration of giant telescopes can significantly improve our country capabilities in telescope design and manufacture and accumulate experience for next generation of giant telescope construction.收稿日期：2017-11-08基金项目：国家自然科学基金资助项目（11403023)作者简介：赵宏超（1985—），男，助理研究员，主要从事大口径望远镜结构设计方面的研究，E-mail：zhaohcciomp@ 163. com358北京工业大学学报2018 年Key words：thirty-m eter telescope(TM T) ；systemic analysis；mirror surface figure；m odulation transfer function为了达到深空探测的目的以及高分辨率成像的其中，ro tato r角[5]可表示为需求，射电望远镜和光学望远镜正朝着愈来愈大的方向发展.口径的增大使望远镜成本呈现指数级的增长.为确保项目的顺利进行，优秀的设计及详尽的分析尤为必要•30m望远镜（thirty-m eter telescope，TM T)项目作为一个国际合作项目，长春光学精密机械与物理研究所承担了其三镜系统设计、加工制造以及装调的工作.T M T工作时，由于终端设备位于两侧奈氏平台上，经三镜反射后的光线不一定与望远镜俯仰轴轴线重合[1-2].所以三镜系统的位姿随望远镜姿态和仪器位置的变化而不断变化.因此，保证各个姿态下三镜的面形精度与精确指向给设计者带来的巨大挑战[34].本文从设计出发，提出了一套可行的设计方案.优先介绍了三镜支撑系统的优化与设计.然后利用联合仿真的方法分析了98个工况下的变形及面形情况.最后将最差工况下的面形代入到Z E M A X中，研究三镜面形误差在主镜主动光学校正后对系统成像产生的影响.1三镜系统设计方案三镜在望远镜中的位姿伴随望远镜姿态和仪器位置的变化而不断变化.这对三镜系统的支撑设计和跟踪架设计提出了严苛挑战.1.1三镜支撑系统T M T三镜为椭圆形平面镜，设计厚度为100m m，机械尺寸3 594mm X 2 536m m，选用低膨胀系数的微晶玻璃作为坯料加工成型，总质量1. 8t[5].为避免主动光学系统的相互干扰，T M T系统工程要求三镜系统采用被动支撑形式.为满足这一要求，基于运动学原理，本文创新性的将W hiffle- tre e结构同时使用在底支撑与侧支撑系统中[4-7].根据光学设计要求，望远镜成像工作过程中，三镜面形的斜率均方根（SlopeRM S)不大于1滋rad.1.2指向跟踪系统为满足2维调整需要，三镜指向跟踪系统选择了地平式望远镜的结构形式.为区别于望远镜自身，将三镜系统方位轴命名为rotator，水平轴命名为tilt.在天顶角0。
望远物镜设计(资料参考)
1.望远物镜有什么光学特性和像差特性？ 望远物镜的光学特性有以下两点： 1.1 相对孔径不大在望远光学系统中，入射的平行光束经过系统以后仍为平行光束，因此物镜的相对孔径（'D f 物）和目镜（''D f 目）的相对孔径是相等的。
目镜的相对孔径主要由出瞳直径'D 和出瞳距离'z l 决定。
目前观察望远镜的出瞳直径'D 一般为4mm 左右，出瞳距离'z l 一般要求20mm 左右，为了保证出瞳距离，目镜的焦距'f 目一般不能小于25mm ，这样目镜的相对孔径为''41256D f =≈目 所以，望远物镜的相对孔径小于1/5。
1.2 视场较小望远镜的视放大率为'tan tan w wΓ=，目前常用目镜的视场'2w 大多在70︒以下，这就限制了物镜的视场不能太大。
如一个8⨯的望远镜，可得物镜视场2w 为10︒。
通常望远物镜的视场不大于10︒。
像差特性：由于望远物镜的相对孔径和视场都不大，因此它的结构形式比较简单，要求校正的像差也比较少，一般主要校正边缘球差'm L δ，轴向色差'FC L ∆和边缘孔径的正弦差'm SC 。
而不校正'ts x ，'p x 和'z y δ以及垂轴色差'FC y ∆。
由于望远物镜要和目镜、棱镜或透镜式转像系统组合起来使用，所以再设计物镜时，应考虑到它和其他部分之间的像差补偿。
在物镜光路中有棱镜的情形，棱镜的像差要有物镜来校正。
另外，目镜中常有少量球差和轴向色差无法校正，也需要物镜的像差给予补偿。
所以物镜的'm L δ，'FC L ∆，'m SC 常常不是校正到零，而是要求它等于指定的数值。
望远镜属于目视光学仪器，设计目视光学仪器（包括望远镜和显微镜）一般对F （486.13nm ）和C(656.28nm)校正色差，对D （589.3nm ）校正单色像差。
望远镜制作原理
望远镜制作原理
望远镜是一种光学仪器，用于观测远处物体，提供高放大倍率和清晰度。
它的制作原理基于光学的一些基本原理和技术。
首先，望远镜通常由三个主要部分构成：目镜、物镜和支架。
目镜是望远镜的眼睛部分，负责放大和聚焦观测所需的光线。
物镜是望远镜的主要光学元件，负责收集和聚集来自观测目标的光线。
支架是望远镜的结构框架，用于固定和支撑目镜和物镜。
在望远镜中，物镜起着至关重要的作用。
它的设计和制作决定了望远镜的光学性能。
物镜通常由一定曲率的透镜或反射镜组成。
透镜望远镜使用透明物质如玻璃制成的透镜，反射镜望远镜则使用镜面反射光线的反射镜。
当光线进入望远镜时，首先经过物镜。
物镜收集光线并将其聚焦在焦平面上。
焦平面是光线汇聚的地方，也就是图像形成的地方。
接下来，目镜将焦平面上的光线再次聚焦，使图像放大并可见于人眼。
通过目镜观测图像时，可以使用不同的放大倍率来获得所需的视野和细节。
放大倍率取决于目镜的焦距和物镜的焦距之比。
较大的放大倍率可以提供更清晰的观测图像，但可能会降低视野范围。
此外，望远镜还可能配备附加的设备，如滤光器和减震装置，以提高观测质量和稳定性。
总结来说，望远镜的制作原理涉及光学元件的设计和制作，通过物镜和目镜的协同工作，聚焦和放大远处物体的光线，使其形成清晰可见的图像。
这些原理和技术使我们能够观测到远处的天体和其他物体。
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燕山大学课程设计说明书题目:三分离望远物镜的设计学院（系）：电气工程学院年级专业： 09级仪表1班学号：学生姓名：指导教师：教师职称：副教授电气工程学院《课程设计》任务书课程名称：光学仪器基础课程设计说明：1、此表一式三份，系、学生各一份，报送院教务科一份。
2、学生那份任务书要求装订到课程设计报告前面。
电气工程学院教务科燕山大学课程设计评审意见表摘要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。
随着科学技术的发展光学仪器已普遍应用在社会的各个领域。
我们知道，光学仪器的核心部分是光学系统。
然而一个高质量的成像光学系统是要好的光学设计来实现的，所以说，光学设计是实现各种光学仪器的基础。
光学设计要完成的工作包括光学系统设计和光学结构设计。
所谓光学设计就是根据系统所提出的使用要求，来决定满足各种使用要求的数据，即设计出光学系统的性能参数、外形尺寸、各光组的结构等。
大体可以分为两个阶段。
第一阶段根据仪器总体的要求，从仪器的总体出发，拟定出光学系统原理图，并初步计算系统的外形尺寸，以及系统中各部分要求的光学特性等。
第二阶段是根据初步计算结果，确定每个透镜组的具体结构参数，以保证满足系统光学特性和成像要求。
这一阶段的设计成为“相差设计”，一般简称光学设计。
评价一个光学系统的好坏，一方面要看它的性能和成像质量，另一方面要系统的复杂度。
一个系统设计的好坏应该是在满足使用要求的情况下，结构设计最简单的系统。
关键字：望远镜三分离物镜ZEMAX 缩放法目录第一章光学概述 (3)第二章ZEMAX软件介绍 (4)第三章缩放法的简介 (4)第四章初始结构的参数及曲线 (5)第五章优化后的光学系统参数及曲线 (11)第六章学习心得 (13)第七章参考文献 (13)第一章光学概述光学(optics)是研究光（电磁波）的行为和性质，以及光和物质相互作用的物理学科。
传统的光学只研究可见光，现代光学已扩展到对全波段电磁波的研究。
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。
狭义来说，光学是关于光和视见的科学，optics(光学)这个词，早期只用于跟眼睛和视见相联系的事物。
而今天，常说的光学是广义的，是研究从微波、红外线、可见光、紫外线直到X射线的宽广波段范围内的，关于电磁辐射的发生、传播、接收和显示，以及跟物质相互作用的科学。
光学是物理学的一个重要组成部分，也是与其他应用技术紧密相关的学科。
系统设计及其仿真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。
量子光学是以辐射的量子理论研究光的产生、传输、检测及光与物质相互作用的学科。
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”。
光的这种既表现出波动性又具有粒子性的现象既为光的波粒二象性。
后来的研究从理论和实验上无可争辩地证明了：非但光有这种两重性，世界的所有物质，包括电子、质子、中子和原子以及所有的宏观事物，也都有与其本身质量和速度相联系的波动的特性。
应用光学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。
例如，有关电磁辐射的物理量的测量的光度学、辐射度学；以正常平均人眼为接收器，来研究电磁辐射所引起的彩色视觉，及其心理物理量的测量的色度学；以及众多的技术光学：光学系统设计及光学仪器理论，光学制造和光学测试，干涉量度学、薄膜光学、纤维光学和集成光学等；还有与其他学科交叉的分支，如天文光学、海洋光学、遥感光学、大气光学、生理光学及兵器光学等。
第二章ZEMAX软件介绍ZEMAX是美国Focus Software Inc.所发展出的光学设计软件，可做光学组件设计与照明系统的照度分析，也可建立反射，折射，绕射等光学模型，并结合优化，公差等分析功能，是套可以运算Seqential及Non-Seqential的软件。
ZEMAX 是一套综合性的光学设计仿真软件，它将实际光学系统的设计概念、优化、分析、公差以及报表整合在一起。
ZEMAX 不只是透镜设计软件而已，更是全功能的光学设计分析软件，具有直观、功能强大、灵活、快速、容易使用等优点，与其它软件不同的是 ZEMAX 的CAD 转文件程序都是双向的，如IGES、STEP、SAT等格式都可转入及转出。
而且 ZEMAX可仿真Sequential 和Non-Sequential 的成像系统和非成像系统。
ZEMAX光学设计程序是一个完整的光学设计软件，是将实际光学系统的设计概念，优化，分析，公差以及报表集成在一起的一套综合性的光学设计仿真软件。
包括光学设计需要的所有功能，可以在实践中对所有光学系统进行设计，优化，分析，并具有容差能力，所有这些强大的功能都直观的呈现于用户界面中。
ZEMAX功能强大，速度快，灵活方便，是一个很好的综合性程序。
ZEMAX能够模拟连续和非连续成像系统及非成像系统。
ZEMAX 能够在光学系统设计中实现建模、分析和其他的辅助功能。
ZEMAX 的界面简单易用，只需稍加练习，就能够实现互动设计。
ZEMAX 中有很多功能能够通过选择对话框和下拉菜单来实现。
同时，也提供快捷键以便快速使用菜单命令。
手册中对使 ZEMAX 时的一些惯用方法进行了解释，对设计过程和各种功能进行了描述。
ZEMAX目前已经是被光电子领域熟知的光学设计的首选软件。
该软件拥有两大特点，就是可以实现序列和非序列分析。
在全球范围内，这款软件已经被广大的应用在设计显示系统，照明，成像的使用系统，激光系统以及漫射光的设计应用方面。
第三章缩放法的简介所谓缩放，即根据对光学系统的要求，找出性能参数比较接近的已有结构，将其各尺寸乘以缩放比K,，得到所求的系统结构，并估计像差的大小或变化趋势。
具体步骤如下：（1）根据所设计的外部参数，由手册等资料选取比较接近的现有结构。
外部参数指D 、f ’、2w 等。
其中主要是f'不能相差太大，相差太大即失去了原有数据的参考价值。
（2）根据焦距计算缩放比K ：现有焦距设计焦距f f =K（3）将现有结构中的所有线量放大K 倍，角量和相对量不变。
（4）估计使用条件下的相差和瞳孔位置的变化，所选的结构被放大后，所有线量相差进而也随之放大，原有结构的使用条件不可能与现在的使用条件完全相同，但可以根据原来使用的孔径和视场及相差曲线的趋势，推算出新的使用条件下的相差值等。
（5）检查和调整间隔（中心厚或边缘厚），以满足工艺要求，必要时更换玻璃材料。
（6）上机计算。
首先检查焦距是否为预想值，若相差太远，可复查缩放过程或原始值。
再查其他值，或作像差矫正等。
第四章 初始结构的参数及曲线根据缩放法的设计步骤，查阅老师所给资料的光学设计手册得到三分离物镜的类似结构系统，参数如下：在ZEMAX软件中输入上述参数，按照ZEMAX设计光学系统的一般步骤，新建一个光学系统，先设计入瞳直径。
D=45.63mm。
然后再选定视场角。
w=0.65，0.707w=0.46。
接着选好F、C、D三个波长的可见光线。
随后输入六个曲面的r、d、n，得到最原始的数据。
.根据缩放法，求出缩放比K=0.8766，将原始数据缩放，得到缩放后的数据。
优化前的Layouts (外形图)优化前的Ray Fan（光线曲线）优化前的Optical Path Difference (OPD) Fans（光程差曲线）优化前的Spot Diagrams (点列图) 优化前的MTF分析曲线第五章优化后的光学系统参数及曲线：设定默认优化函数：选择工具栏Editors→Merit Function→Tools→Default Merit Function，在该选项框中选择RMS, Spot Radius, Centroid, 其它项默认即可，选择确定。
为避免焦距变化过大，将其确定为初始值，即设定有效焦距EFFL为120，权重为1。
查看工具栏Analysis→Aberration Coefficients→Seidel Diagram （或Seidel Coeffients），比较直观地观察系统各表面对各种像差的影响，鉴于显微物镜主要校正轴上点球差、色差和正弦差，因此可以选择红颜色的Spherical Aberration 作为主要观测对象。
经观察发现，第5、6这两个表面对球差影响较大，因此可以尝试这两个个半径组合作为变量进行自动优化。
每次优化在之前基础上增加两三个半径作为变量，不要一次增加太多变量，否则效果不一定好。
优化后参数如下：优化后的Layouts (外形图)结构合理。
优化后的Ray Fan（光线曲线）优化后的Optical Path Difference (OPD) Fans（光程差曲线）优化后的Spot Diagrams (点列图)通过观察图像及数据，除去个别数据，发现各项误差均有所减小，基本达到了优化要求。
第六章学习心得光学设计课程结课已过去很长时间，重新学习起来稍有困难，在开始的前两天通过上网查阅关于课程设计的资料，初步掌握缩放法的基本步骤，ZEMAX是设计给光学系统的专业软件，仔细阅读老师给的资料以及向周围的同学的学习，慢慢地知道了设计的基本过程，光学系统看似简单，其实是一门学问很深的课程，优化的过程很是考验耐力，因为各种参数的变化，加上自己的知识又不充分，学习起来很是吃力。
总的来讲，这次课程设计使我懂得了ZENAX的一些基本知识以及设计光学系统的基本过程，加深了我对光学设计知识的理解，提高了动手操作能力。