单双望远物镜的设计设计Word
(完整word版)修正望远镜设计计算指导
《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。
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）'2'45.545o o 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%。
望远物镜设计
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 1.521955 1.661196
1 1.521955
1
nC
1 1.513895 1.642076
反射式望远镜物镜的结构型式
对于反射面，通常都是利用等光程的 条件：
抛物面:到一条直线和一个定点的距离相等的点的轨 迹，是以该点为焦点，该直线为准线的抛物面。对 焦点和无限远轴上点符合等光程。
常用两镜系统
(1)经典卡塞格林系统
主镜为凹的抛物面， 副镜为凸的双曲面， 抛物面的焦点和双曲 面的的虚焦点重合， 经双曲面后成像在其 实焦点处。卡塞格林 系统的长度较短，主 镜和副镜的场曲符号 相反，有利于扩大视 场。
h 0.08; (h)2 0.0064 ; (h)3 0.000512
P P 0.00005 0.098
(h )3 0.000512
W W 0.00057 0.089
望远镜的设计报告
8、结构图
正视图
c >= c
物镜
俯视图
b
f2'
a
L' =110mm
一、物镜
1.物镜的选型及相差容限的计算
（1）选型 D/ f1' =1/4 , f1' =120 , 视场不大。 选双胶合物镜
（2）相差容限的计算 需要校正的像差为球差 ，弧矢慧差 ，位置色差 。 1、球差 的像差容限
5
当仅仅考虑初级像差时，经
10
5） d2 =| x3 | +t− | x2 |= 2.7053mm
10
综上，列初始数据汇总表
STO 2 3
r/mm 73.8932 -56.1269 -198.4210
d/mm 5.1060 2.7053
玻璃牌号 1
BaK2 ZF2
3.物镜的象差校正及玻璃配对
调节的参数为
，而需要校正的像差为球差 ，弧矢慧差 ，位置色差 。
冕牌玻璃在前
p0
=
∞
p
∞
−0.85(w
−
0.1)2
=0.198217
火石玻璃在前
p0
=
∞
p
∞
−0.85(w
−
0.2)2
=0.20803
4、根据 c 与 p0 选玻璃对
由 c 用插值法求出不同玻璃对的 p0 (公差 ±0.1左右)
相对孔径
D f'
越小,对
p0
影响越小,要求φ1 和
Q0
尽可能小
8
根据要求查得的玻璃对有:
Q = QO
W −
∞ − W0 K
= −4.208478 −
望远镜设计物镜和目镜出图参考
115.69331
30.217
1
望远镜物镜(1)
姓名
葛林英
望远镜物镜（3）
2
望远镜物镜(2)
班级
应物0901
材料
单位
重量
比例
日期
绘制标准
mm
1:1
6.5.2008
GB13323-91
附录4望远镜目镜（1）
对材料的要求
Δ
3C
Δ
3C
光学均匀性
3
光吸收系数
3
应力双折射
4
条纹度
1C
气泡度
2D
0.5971
材料
单位
重量
比例
日期
绘制标准
ZK6玻璃
mm
0.1923g
1:1
6.5.2008
GB13323-91
附录5望远镜目镜（2）
对材料的要求
Δ
3C
3C
光学均匀性
3
光吸收系数
3
应力双折射
4
条纹度
1C
气泡度
2D
对零件的要求
N
2
ΔN
0.3835
ΔR
A
f’
-23.2203
25.9886
-21.8714
7.716
前截距
后截距
边缘厚度t
矢高1
矢高2
望远镜目镜（3）
-18.3132
16.9940
1.6629
0.3371
0
材料
单位
重量
比例
日期
绘制标准
K9玻璃
mm
0.1922g
1:4
光学设计-第15章--望远镜物镜设计
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。
望远物镜设计
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。
(完整word版)双胶合望远物镜 ZEMAX 设计
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。
(完整word版)光学课程设计望远镜系统结构设计
光学课程设计——望远镜系统结构设计姓名：学号：班级：指导老师：一、设计题目：光学课程设计二、设计目的：运用应用光学知识，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。
了解光学设计中的PW法基本原理。
三、设计原理：光学望远镜是最常用的助视光学仪器，常被组合在其它光学仪器中。
为了观察远处的物体,所用的光学仪器就是望远镜,望远镜的光学系统简称望远系统. 望远镜是一种用于观察远距离物体的目视光学仪器，能把远物很小的张角按一定倍率放大，使之在像空间具有较大的张角，使本来无法用肉眼看清或分辨的物体变清晰可辨。
所以，望远镜是天文和地面观测中不可缺少的工具。
它是一种通过物镜和目镜使入射的平行光束仍保持平行射出的光学系统.其系统由物镜和目镜组成,当观察远处物体时,物镜的像方焦距和目镜的物方焦距重合,光学间距为零.在观察有限远的物体时,其光学间距是一个不为零的小数量,一般情况下,可以认为望远镜是由光学间距为零的物镜和目镜组成的无焦系统.常见望远镜按结构可简单分为伽利略望远镜，开普勒望远镜，和牛顿式望远镜。
常见的望远镜大多是开普勒结构，既目镜和物镜都是凸透镜（组），这种望远镜结构导致成像是倒立的，所以在中间还有正像系统。
物镜组（入瞳）目镜组视场光阑出瞳1'1ω2'2'ω3 'f物—f目'l z'3上图为开普勒式望远镜，折射式望远镜的一种。
物镜组也为凸透镜形式，但目镜组是凸透镜形式。
为了成正立的像，采用这种设计的某些折射式望远镜，特别是多数双筒望远镜在光路中增加了转像稜镜系统。
此外，几乎所有的折射式天文望远镜的光学系统为开普勒式。
伽利略望远镜是以会聚透镜作为物镜、发散透镜作为目镜的望远镜（会聚透镜的焦距要大于发散透镜的焦距），当远处的物体通远物镜(u>2f ）在物镜后面成一个倒立缩小的实像，而这个象一个要让它成现在发散透镜（目镜）的后面即靠近眼睛这一边，当光线通过发散透镜时，人就能看到一个正立缩小的虚象。
(完整word版)望远镜设计物镜和目镜出图参考(word文档良心出品)
115.69331
30.217
1
望远镜物镜(1)
姓名
葛林英
望远镜物镜（3）
2
望远镜物镜(2)
班级
应物0901
材料
单位
重量
比例
日期
绘制标准
mm
1:1
6.5.2008
GB13323-91
附录4望远镜目镜（1）
对材料的要求
Δ
3C
Δ
3C
光学均匀性
3
光吸收系数
3
应力双折射
4
条纹度
1C
气泡度
2D
前截距
后截距
边缘厚度t
矢高1
矢高2
望远镜目镜（3）
-18.3132
16.9940
1.6629
0.3371
0
材料
单位
重量
比例
日期
绘制标准
K9玻璃
mm
0.1922g
1:4
6.5.2008
GB13323-91
附录7望远镜目镜（4）
对材料的要求
Δ
3C
Δ
3C
光学均匀性
3
光吸收系数
3
应力双折射
4
条纹度
1C
气泡度
对零件的要求
N
2
ΔN
0.3835
ΔR
B
f’
24.4942
-25.2232
23.1864
7.976
R1
R2
n
d
f
姓名
葛林英
12.4224
3.0182
1.6126
4.950
24.4942
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。
关于望远物镜的设计
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。
精品文档-光学设计(刘钧)-第6章
(4) 系统的外形尺寸计算。 ① ● 主反射镜曲率半径的计算。 主镜的初始结构尺寸由下式确定：
R3 D
2.107
D f
第6章 望远镜物镜设计
伽利略望远镜的成像关系如图6-3所示。
图6-3 伽利略望远镜的成像关系图
第6章 望远镜物镜设计
刻普勒望远镜是1611年在刻普勒所著的光学书上首先介 绍的，于1615年建造而成。早期的刻普勒望远镜并没有考虑 消色差的问题，它的物镜和目镜都是用单块正透镜构成的。设 物镜和目镜所用的玻璃都是ν值小于60的，则单透镜产生的色 差为
第6章 望远镜物镜设计
(2) 根据焦距计算缩放比K:
K f设 计焦距 f现 有焦距
最好K>1
(3) 将现有结构中的所有线量(r，d，D，l，lz，y， δL，…)放大K倍，角量(如ω，sinu)和相对量(如δy′、
z/y′)不变。
第6章 望远镜物镜设计
(4) 估计使用条件下的像差和瞳孔位置的变化。 所选结构被放大后，所有线量像差进而也随之被放大，原 有结构的使用条件不可能与现在的使用条件完全相同，但可根 据原来使用的孔径和视场及像差曲线的趋势，推算出新的使用
1 1 1 L d l1 ' d f2 '
第6章 望远镜物镜设计
2. 反射式物镜 1) 它由一个抛物面主镜和一块与光轴成45°的平面反射镜构 成，如图6-10所示。抛物面能把无限远的轴上点在它的焦点 F′成一个理想的像点。第二个平面反射镜同样能理想成像。
第6章 望远镜物镜设计
图6-10 牛顿反射式物镜
2y′=2f′ tanω (6-12)
在刻普勒望远镜中，目镜的口径足够大时，光束没有渐晕 现象，这是因为视场光阑与实像平面重合的缘故，则系统的入 射窗与物平面重合。但是，在大视场和大孔径望远镜中，目镜 的口径可以适当地减小，使边缘视场的成像光束直径小于中心 点成像光束的直径，渐晕系数可达50％。这样一来，有利于结 构尺寸的减小，也有利于轴外成像质量的提高。有渐晕现象的 望远镜如图6-4
单双望远物镜的6页
燕山大学课程设计说明书题目:单双望远物镜的设计学院（系）：电气工程学院年级专业： 10级仪表3班学号： 1001030201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基层教学单位：自动化仪表系指导教师：王志斌学号学生姓名（专业）班级10仪表3班设计题目单双望远物镜的设计设计技术参数焦距f=100mm，相对孔径为1：1.8, o8w2 。
设计要求计算物镜的各个参数；上机用软件进行优化，确定最后的设计结构，满足像差要求。
参考资料1、刘钧，高明编著，《光学设计》，2019，西安电子科技大学出版社，西安2、《光学仪器设计手册》，1971，国防科技出版社，北京3、光学设计软件ZEMAX应完成内容计算设计处望远物镜的各个参数上机进行优化设计，确定最后的设计结构指导教师签字王志斌基层教学单位主任签字谢平说明：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指导教师评语：工作态度认真较认真不认真理论分析正确完善较为合理一般较差方法设计完善合理一般较差成绩：指导教师：2019年 7 月11 日答辩小组评语：原理清晰基本掌握了解不清楚设计结论正确基本正确不正确成绩：评阅人：2019年7 月 11日课程设计总成绩：答辩小组成员签字：2019年7 月 11日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。
双胶合望远物镜设计-范本
光学设计课程设计报告——双胶合望远物镜设计姓名：张三学号：08420520＊班级：084205＊＊同组人：李四王五＊＊＊＊＊＊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)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。
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燕山大学
课程设计说明书题目:单双望远物镜的设计
学院（系）：电气工程学院
年级专业： 10级仪表3班
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。
目录
第一章 ZEMAX软件介绍
第二章缩放法的简介
第三章初始结构的参数及曲线
第四章优化后的光学系统参数及曲线
第五章学习心得
第六章参考文献
第一章 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。
第二章 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。
第三章初始结构的参数及曲线查阅光学设计手册得到单双物镜的类似结构系统，参数如下：
缩放后结构系统，参数如下：
选定视场角：w=4，0.707w=2.828
原始数据如下
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MTF分析曲线
第四章优化后的光学系统参数及曲线
优化函数设置
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100，权重为1。
优化后参数如下：
优化后的Layouts (外形图)
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。
第五章学习心得
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。
第六章参考文献
1、刘钧，高明编著，《光学设计》，2006，西安电子科技大学出版社，西安
2、《光学仪器设计手册》，1971，国防科技出版社，北京
3、光学设计软件ZEMAX
（本资料素材和资料部分来自网络，仅供参考。
请预览后才下载，期待您的好评与关注！）。