光学设计实验(一)望远镜系统设计实验
望远镜实验设计报告
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。
光学设计实验报告
光学设计实验报告光学设计实验报告引言：光学设计是一门关于光学系统设计和优化的学科，它的目标是设计出满足特定需求的光学系统，如相机镜头、显微镜、望远镜等。
本实验旨在通过实际操作和数据分析，深入了解光学设计的基本原理和方法。
实验一：透镜的成像特性在这个实验中，我们使用凸透镜和凹透镜，通过调节物距和像距，观察成像特性的变化。
实验结果表明，凸透镜成像为正立、实像，凹透镜成像为倒立、虚像。
通过测量物距和像距的关系，我们可以得到透镜的焦距。
实验二：光学系统的光路追迹在这个实验中，我们使用光路追迹方法，通过绘制光线追踪图来分析光学系统的成像原理。
通过绘制光线追踪图，我们可以清楚地看到光线的传播路径，进而理解光学系统的成像特性。
实验结果表明，光线经过透镜后会发生折射，根据透镜的形状和位置，我们可以预测成像的性质。
实验三：光学系统的畸变分析在这个实验中，我们使用畸变分析方法，通过绘制畸变曲线来评估光学系统的畸变程度。
实验结果表明，光学系统在成像过程中会出现畸变，主要包括球差、彗差和像散等。
通过分析畸变曲线，我们可以了解光学系统的畸变特性，并进行优化设计。
实验四：光学系统的色差分析在这个实验中，我们使用色差分析方法，通过测量不同波长光线的聚焦位置来评估光学系统的色差程度。
实验结果表明，光学系统在成像过程中会出现色差，主要包括色焦差和色散等。
通过测量聚焦位置的变化，我们可以了解光学系统的色差特性，并进行优化设计。
实验五：光学系统的光学传递函数分析在这个实验中，我们使用光学传递函数分析方法，通过测量系统的点扩散函数来评估光学系统的分辨率和模糊程度。
实验结果表明，光学系统的分辨率受到衍射限制，通过分析点扩散函数，我们可以了解光学系统的分辨率特性，并进行优化设计。
结论：通过本次实验，我们深入了解了光学设计的基本原理和方法。
光学设计是一门复杂而有趣的学科，它不仅涉及到光学的物理性质，还需要考虑到实际应用的需求。
通过实验的操作和数据分析，我们可以更好地理解光学系统的成像特性、畸变特性、色差特性和分辨率特性，并进行相应的优化设计。
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。
光学课程设计望远镜系统结构参数设计
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。
Zemax光学设计：一个带校正器的卡塞格林望远镜的设计实例
Zemax光学设计：一个带校正器的卡塞格林望远镜的设计实例引言：折反射系统相比于折射系统的主要优点有：1.由于光路折叠而更紧凑；2.可以做到很大口径；3.可以很好校正色差，因为大多数的光焦度在反射镜而不是在透镜上。
4.可以做到从紫外到红外非常宽的波段。
5.反射镜与透镜的佩兹瓦尔曲面的曲率相反，可以实现较平的视场。
在两反射镜系统中，次镜构成的孔径的中心拦光（Central Obscuration），这不仅会造成能量的损失，也会使MTF的低频至中频部分随着中心拦光面积的增大而显著减小。
同时，因为两反射镜系统像的位置很接近于主镜位置，所以几乎所有的主镜都需要挖一个洞。
这个洞的大小限制了最大的像面尺寸，而且洞的大小必须远小于主镜的口径。
例如，通常中心拦光或洞的大小是主镜直径的30%，即线性拦光比为0.3，有效口径减小了0.09（0.32），此时MTF的中低频端变化不明显。
一般拦光比不要大于0.3。
典型的牛顿望远物镜仅用一个抛物凹面作为主反射镜，它可以形成一个直接用眼睛看的像。
在此基础上，添加一个凸双曲面的次反射镜，就成了卡塞格林望远镜（Cassegrain Telescope）。
由于主镜和次镜都是圆锥曲面，每个面上都没有球差，但是每个面都有彗差和像散，而这限制了可用的视场角。
另外，由于两个反射镜的半径不一样，还存在场曲。
设计仿真：.1.建立一个简单的卡塞格林望远镜系统.首先输入系统特性参数，如下：在系统通用对话框中设置孔径。
在孔径类型中选择“Entrance Pupil Diameter”，并根据设计要求输入“3800”；在视场设定对话框中设置3个视场，要选择“Angle”，如下图：在波长设定对话框中，设定0.365um、0.5876um和0.850um共3个波长，如下图：查看LDE：2D Layout：查看点列图：查看Ray Fan：从点列图和Ray Fan可以看出，这个系统有明显的彗差和像散。
.2.在卡塞格林望远镜中加入像面校正器.临近焦面的双片式透镜可以校正彗差和像散。
光学设计案例范文
光学设计案例范文
一种小型望远镜的光学设计案例
本文介绍了一种小型望远镜的光学设计案例，包括了望远镜的选型、
光学系统的配置以及最终系统的成象性能等细节。
首先，本案例的望远镜选型采用Ritchey-Chrétien型，其拥有高抗
异性象差的能力，较为合适本案例的要求。
该望远镜的参数设置为：望远镜初步参数：焦距：650mm；折射镜及反射镜尺寸：Φ100mm；
光道长度：650mm。
其次，根据望远镜的参数选择，本案例的光学系统配置采用的是一种
简单的全场图像系统，光学系统的组件包括：
1、正反射镜：选用的是高质量的反射镜，其像差特性高，表面光度
均一，折射率为95％。
2、双环镜：选用的是安裝正反射镜后的双环镜，采用的是双环设计，以提高系统的像差抑制能力和色差表现能力。
3、补偿片组：采用的是全玻片补偿片组，可以有效补偿系统的异性
象差，以及使系统具有良好的不变曲率特性。
4、全场图像：选用的是全场视场视力，可以有效抑制象差，并保证
视场均匀度。
最后根据光学系统的配置和参数，可以计算出最终的系统性能，包括
视场视觉能力、象差抑制能力以及色差表现能力等。
光学课程设计望远镜系统结构参数设计
提高性价比
设计望远镜系统结构 确定望远镜系统结构参数
优化望远镜系统结构
验证望远镜系统结构优化效 果
望远镜系统结构优化设计：通过优化设计，提高了望远镜的成像质量、分辨率和观测效率。
优化方法：采用了光学设计软件和计算机辅助设计技术，对望远镜系统结构进行了优化设计。
空间探测：探索宇 宙、研究天体物理
望远镜系统向更高分辨率、更大视场、更高灵敏度方向发展 望远镜系统向多波段、多目标、多任务方向发展 望远镜系统向智能化、自动化、网络化方向发展 望远镜系统向小型化、轻量化、便携化方向发展
望远镜系统智能化：实现自动跟踪、自动聚焦等功能 望远镜系统小型化：降低体积和重量，提高便携性 望远镜系统多功能化：集成多种观测功能，如红外、紫外、X射线等 望远镜系统网络化：实现远程控制和数据传输，提高观测效率和共享性
优化效果：优化后的望远镜系统结构具有更高的成像质量、分辨率和观测效率，满足了科研 和观测需求。
优化建议：在优化过程中，需要考虑望远镜系统的整体性能、成本和制造工艺等因素，以实 现最优的设计效果。
望远镜系统制造与 检测
材料选择：选 择合适的光学 材料，如玻璃、
塑料等
切割成型：将 材料切割成所 需的形状和尺
添加标题
添加标题
添加标题
射电望远镜：通过接收无线电波进 行观测，如射电干涉仪、射电望远 镜阵列等
地面望远镜：在地面上运行的望远 镜，如凯克望远镜、甚大望远镜等
口径：望远镜的直径，决定了望远镜的 集光能力和分辨率
焦距：望远镜的焦距，决定了望远镜的 放大倍数和视场大小
光圈：望远镜的光圈，决定了望远镜的 进光量和成像质量
寸
设计与组装望远镜实验报告
设计与组装望远镜实验报告设计与组装望远镜实验报告引言：望远镜是人类观察宇宙的重要工具，它能够帮助我们窥探那些遥远的星系和行星。
在本次实验中，我们小组设计并组装了一台望远镜，通过实践来了解望远镜的原理和构造，并探索其在天文观测中的应用。
一、设计理念在设计望远镜时，我们考虑了以下几个方面：光学系统、机械结构和使用便捷性。
首先，我们选择了折射望远镜的光学系统，因为它能够提供较好的像质和分辨率。
其次，我们采用了稳定的三脚架和平滑的转动机构，以确保望远镜能够稳定地指向目标。
最后，我们设计了一个便携式的望远镜，方便携带和使用。
二、材料与工具为了制作望远镜，我们使用了以下材料和工具：光学镜片、镜筒、三脚架、转动机构、螺丝、螺母、螺栓、螺旋刀、胶带、焊接工具等。
这些材料和工具的选择是基于其质量和可用性。
三、组装过程1. 光学系统组装：首先，我们将凸透镜和凹透镜安装在镜筒的两端，确保它们的位置准确。
然后，我们使用胶带和螺丝将镜片固定在镜筒上，以确保它们不会移动。
2. 机械结构组装：我们将三脚架和转动机构组装在一起，确保它们能够稳定地支撑望远镜。
同时，我们使用螺栓和螺母将望远镜固定在转动机构上，以便于调整和转动。
3. 调整与校准：在组装完成后，我们进行了调整和校准，以确保望远镜的光轴与目标的准确对齐。
我们使用螺旋刀和焊接工具进行微调，直到达到最佳的观测效果。
四、实验结果经过组装和调整，我们成功地制作了一台望远镜。
在实验中，我们观测了月亮、星星和一些行星。
通过望远镜，我们清晰地看到了月球表面的细节、星星的闪烁和行星的形状。
这些观测结果验证了我们设计和组装的望远镜的有效性和可靠性。
五、讨论与总结通过本次实验，我们深入了解了望远镜的原理和构造，并掌握了望远镜的组装技巧。
我们发现，望远镜的性能和观测效果受到光学系统、机械结构和调整校准的影响。
因此，在设计和组装望远镜时，需要综合考虑这些因素，以获得最佳的观测结果。
在未来的研究中，我们可以进一步改进望远镜的设计和组装技术，以提高其性能和可靠性。
光学课程设计-——望远镜系统
光学课程设计望远镜系统结构设计指导教师：张翔专业：光信息科学与技术班级：光信息08级1班姓名：学号： 20080320目录第一部分设计背景 (1)第二部分设计目的及意义 (1)第三部分望远镜介绍 (1)3.1望远镜定义 (1)3.2望远镜分类及相应工作原理 (2)第四部分望远镜系统设计 (3)4.1开普勒望远镜 (3)4.2望远镜系统常用参数 (4)4.3外形尺寸计算 (6)4.4伽利略望远镜 (8)4.5物镜组的选取 (9)4.6望远镜像差类型及主要结构 (10)4.7双胶物镜与双分离物镜分析 (12)4.8内调焦望远物镜分析 (14)4.9目镜组的选取 (14)4.10目镜主要像差及分析 (17)4.11棱镜转像系统 (17)4.12转折形式望远镜系统 (18)4.13光学系统初始结构参数计算方法 (18)4.14应用光学系统中的光栅 (20)第五部分设计总结 (21)第六部分参考文献 (21)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；地基空间目标探测与识别；激光大气传输、惯性约束聚变装置等等。
其中我国以高功率激光科研和激光核聚变研究为目的的光电系统——“神光二号”，颇具代表。
“神光二号”对于未来的能源危机和我国的军事领域有着重要意义。
二．设计目的及意义运用应用光学知识，了解望远镜工作原理的基础上，完成望远镜外形尺寸、物镜组、目镜组及转像系统的简易或远离设计。
了解光学设计中的PW法基本原理。
三．望远镜介绍3.1 望远镜定义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。
根据望远镜原理一般分为三种。
光学设计报告
光学课程设计——望远镜系统结构设计班级：姓名：学号：指导老师：设计目的及要求：运用应用光学知识，在了解望远镜工作原理的基础的上，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，光路设计，了解望远镜的基本光学性能参数及其计算，并根据设计计算出适当光学性能参数使望远镜达到最佳的工作状态。
了解光学设计中的PW法基本原理，光栅的作用及应用。
设计过程：望远镜外形尺寸的设计；开普勒式望远镜系统的结构，原理及其光路图：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。
这种望远镜成像是上下左右颠倒的，但视场可以设计的较大，最早由德国科学家开普勒（JohannesKepler）于1611年发明。
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。
开普勒式原理由两个凸透镜构成，由于两者之间有一个实像，可方便的安装分划板（安装在目镜焦平面处），并且性能优良，所以目前军用望远镜，小型天文望远镜等专业级的望远镜都采用此种结构。
但这种结构成像是倒立的，所以要在中间增加正像系统。
正像系统分为两类：棱镜正像系统和透镜正像系统。
我们常见的前后窄的典型双筒望远镜既采用了双直角棱镜正像系统。
这种系统的优点是在正像的同时将光轴两次折叠，从而大大减小了望远镜的体积和重量。
透镜正像系统采用一组复杂的透镜来将像倒转，成本较高。
开普勒式望远镜看到的是虚像, 物镜相当于一个投影仪,目镜相当于一个放大镜.上图为开普勒望远镜原理光路图。
从物体射来的平行光线，经物镜后，在焦点以外距焦点很近处成一倒立缩小实像a ′b ′。
目镜的前焦点和物镜的焦点是重合的，所以实像a ′b ′位于目镜和它的焦点之间距焦点很近的地方，目镜以a ′b ′为物形成放大的虚像ab 。
当我们对着目镜观察时，进入眼睛的光线就好像是从ab 射来的。
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）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 。
光学
符合上式的视放大率称为望远镜的"有效放大率"。一般要求仪器的实际视放大率是有效放大率的2-3倍。
(5)、极限分辨角
表示观测仪器精度的指标是它的最小分辨角。人眼的极限分辨角为：
(3-9)
若以作为人眼的分辨极限，则望远镜的极限分辨角由式（3-7）可得：
(3-10)
1.Yb:YGG晶体激光器——光路分析实例
光路图如图2.1所示：
铱镓石榴石（YGG）是铱铝石榴石（YAG）的同行体，和YAG一样具有硬度高、稳定性强和热导率高等特点。但是Yb：YGG晶体的熔点很高，采用传统方式生长的晶体并不能满足激光实验的要求。如图2.1所示的Z型折叠腔结构。其中M1为双色输入镜，M2、M3为凹面反射镜，OC为输出镜，GTI1、GTI2镜片作为色散补偿器件，半导体可饱和吸收镜(SESAM)作为锁模元件。 Yb:YGG晶体长度为3mm，所用泵浦源为970nm半导体激光器，输出功率7W。
.光学课程设计 望远镜系统结构设计 2011-06-12 14:16:18| 分类： 原创推荐 | 标签： |字号大中小 订阅 .
成都信息工程学院光电技术学院 光学课程设计
望远镜系统结构设计
姓 名： 裴明亮
5. 棱镜转像系统 Porro prism erecting system 24
5.1 棱镜结构及特点 24
5.2 折转形式望远镜系统 24
5.3 类似棱镜结构晶体 25
6. 光学系统初始结构参数计算方法 25
于是有：
当望远镜的实际视放大率大于有效放大率时，虽然仪器视角分辨率提高了，但由于受衍射分辨率的限制，并不能看清更多的物体细节，对于实验室或者车间使用的建议仪器，为了保证检验精度和减轻操作人员的疲劳，一般取,即有：
望远镜系统光学设计
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 = ?筒长：LT = 160mm 乘常数：k = 100取? = -24?，取不同的筒长L和缩短系数Q，根据表2-1表2-1?= -24??= -24?，L =170，Q =f?12 = ，d0 =f?1=，f?2= ，f?3 =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 =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：另一方面，由D DΓ'=可知，为了提高测量精度，出瞳直径D ? = ~1.5mm ，一般取D ? = 1.5mm ，则：D = -? D ? ? 24 ? =36mm因此，取入瞳直径，即物镜的通光孔径D 1=36mm ，对应的出瞳直径D ?=1.5mm 。
2、调焦镜的通光孔径 D 2 = D 1- d 0(D 1/f ?1- 2tg w ) =?(36/??) = 10.55mm3、分划板直径及视距丝间隔4、像方视场角tg w ? = -? tg w = 24?? = 0. 所以像方视场角2w ?=?。
出瞳距因l z 1 = 0，所以l ?z 1 = 0， l z 2 = l ?z 1 -d0 =于是得出瞳距为： 目镜的通光孔径 目镜的视度调节5、调焦镜的调焦移动量取l 1 = -2000mm ，由物像关系的高斯公式，计算得l ?z = 。
由公式(1-6)计算得：()()[]2111421f -L l -L l L-l d '+''+'== 128.77mm 于是得调焦镜的调焦量：?d = d – d 0 = – = 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:，因此，主物镜和调焦镜均可选用最简单的双胶合物镜。
光学设计1
tg tg hz11 hz22
目镜的物方视场角一般很小，我们假定ω=0，
将 1 代入2 上式得： tg (hz1 hz2 )2
由于ω=0，因此hz1 y ,f代tg入 上式求解
hz得2 ：
hz 2 f 2
tg1
f f
2
公式中
f f
2> 1，我们取
目镜的球差和轴向色差，一般也不能完全校正， 需要由物镜来补偿，因为在物镜中这两种像差 也是很容易控制的。
彗差则尽可能独立校正，有少量彗差无法完全 校正，也可以用物镜的彗差进行补偿。
这样虽然物镜和目镜都分别有一定的像差，但 整个系统像差得到很好校正，可以使系统的成 像质量得到提高。
以上所说，是在目镜和物镜尽可能独立校正像差 的前提下，进一步考虑它们之间的像差补偿问题，这 是对要求在物镜后焦面即目镜前焦面上安装分划镜的 望远系统来说的。如果系统中不要求安装分划镜，则 物镜和目镜的像差校正可以按整个系统综合考虑，使 系统结构尽可能简化。
1 1
h2 hz2
2 2
由图可以看到h1和h2同号，hz1,hz2,φ1,φ2均大于
零，因此 S IIC不可能等于零。不过由于h1,h2，hz2都 不大，所以公式中的两项都不大，垂轴色差不致十分
严重。为尽可能减小垂轴色差，玻璃的色散应尽量小
（v值尽量大），一般都采用色散较小而又最常用的
K9玻璃。
由于系统中全是正透镜，它的球差和轴向色差 比其他目镜大，这种目镜通常用于出瞳直径和 出瞳距离都不大的实验室仪器中，光学特性大
前面介绍的四种目镜，都是由两个正透镜组构成的， 对称式目镜的两个正透镜组密接，所以它的场曲最小， 惠更斯目镜中两正透镜的间隔最大，场曲最大
物理实验探索如何利用光的折射原理制作一个简易望远镜
物理实验探索如何利用光的折射原理制作一个简易望远镜望远镜是一种利用光的折射原理，能够放大远处物体的工具。
在这个物理实验中，我们将探索如何使用光的折射原理来制作一个简易望远镜。
材料准备：- 两个凸透镜（一个较大，一个较小）- 两个塑料套子（用于固定透镜）- 长木杆或者三脚架（用于支撑望远镜主体）- 黑色纸板或塑料管（用于制作主筒）- 胶带或胶水（用于固定各部分）- 尺子和笔（用于测量和标记）步骤一：制作望远镜主筒1. 使用黑色纸板或塑料管制作望远镜的主筒。
主筒应足够长，能够容纳两个透镜并有适当的间距。
2. 使用尺子测量并使用笔标记出两个透镜需要被安装的位置。
步骤二：安装透镜1. 将较大的凸透镜放在靠近视觉端的位置。
注意确保透镜的凸面朝外。
2. 将较小的凸透镜放在靠近目标端的位置。
同样地，确保透镜的凸面朝外。
步骤三：固定透镜1. 使用胶带或胶水将透镜固定在主筒上。
确保透镜不会松动或者移动。
步骤四：调整焦距1. 将望远镜主筒固定在长木杆或三脚架上，以便望远镜保持稳定。
2. 针对视觉端的透镜，调整其位置，使其与目标端的透镜之间有适当的距离。
这个距离将决定望远镜的焦距。
步骤五：测试望远镜1. 找一个远处的物体作为测试目标。
2. 将目标放在透镜的焦点附近，这样可以看到放大的图像。
3. 调整透镜的位置，直到你能够看到清晰的放大图像。
通过以上步骤，我们成功地制作了一个简易望远镜。
这个望远镜利用了光的折射原理，通过透镜的折射能够使远处的物体看起来更大。
在物理实验中，我们了解到望远镜的原理主要是利用透镜的凸面朝外，通过凸透镜的折射使光线汇聚，从而实现目标的放大。
通过调整透镜的位置，我们能够改变焦点的位置，进而调整望远镜的焦距和放大倍率。
值得注意的是，这个简易望远镜所能达到的放大程度是有限的，因为透镜的材质和形状会对光线产生一定的影响。
对于更高级的望远镜，会采用复杂的光学设计和高质量的透镜材料来提高其放大倍率和观测效果。
望远镜系统光学设计
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：。
望远镜和显微镜实验报告
大学物理实验报告【实验名称】望远镜和显微镜【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）了解视放大率等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．望远镜基本光学系统基本的望远系统是由物镜和目镜组成的无焦系统，物镜L0的像方焦点'o F与目镜e L的物方焦点e F重合，如图所示。
无穷远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（短焦距）将此实像成像于无穷远处，使视角增大，利于人眼观察。
为了利于对远处物体的观测，望远镜物镜的焦距一般较长。
1.望远镜的基本光学系统图示望远镜，物镜与目镜均为会聚透镜，这种望远镜称为开普勒望远镜，其优点是可在物镜与目镜之间的中间像平面上安装分划板（其上有叉丝和刻尺）以供瞄准或测量。
实验装置中用到的望远镜（如分光计上的望远镜，光杠杆系统中的望远镜等）均为开普勒望远镜，在中间像平面上装有分划板。
实际上，为方便人眼观察，物体经望远镜后一般不是成像于无穷远，而是成虚像于人眼明视距离处；而且为实现对远近不同物体的观察，物镜与目镜的间距即镜筒长度可调，物镜的像方焦点与目镜的物方焦点可能会不重合。
使用望远镜时，观察者应先调目镜看清分划板，使分划板成像于人眼明视距离处，再调节望远镜镜筒长度，即改变物镜、目镜间距，使被观察物清晰可见并与分划板叉丝无视差。
2. 望远镜的视放大率视放大率Γ定义为目视光学仪器所成的像对人眼的张角（记为ω’）的正切与物体直接对人眼的张角（记为ω）的正切之比，即：tan 'tan ωωΓ=对图示望远镜，有：y'''tan ,tan ''o e e y y f f f ω=ω==因此，望远镜的视放大率T Γ为T o '='e f f Γ其中，e f 、'e f 分别是e L 的物方焦距、像方焦距，e f ＝'e f 。
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光学设计实验（一）
望远镜系统设计实验
1 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 2 设计要求
(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。
（总分：30分）
（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。
（总分：30分）
（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。
（总分：30分）
（4）回答和分析设计中的相关问题（总分：10分）
所有设计中采用可见光（F ，d ，C ）波段。
问题1：望远光学系统和开普勒望远镜的特点
问题2：目镜的光学特性和像差特点
问题3：常用的目镜有哪些？常用的折射式望远物镜有哪些？ 问题4：望远镜系统所需要校正的主要像差有那些？
提示：目镜采用反向光路设计，目镜包括视场光阑，注意目镜孔径光阑的设置。
判定出射光束角像差小约3’左右的方法：在像面前插入一个paraxial 类型的面，若该面焦距（即与像面之间的距离）为1000mm ，则Spot diagram 的Geo Radius 则应小1mm 。
m 91512.5
COS 343831000COS 34383
22'μω=⨯⨯=⨯⨯≤f R 3 设计流程
所谓光学系统设计就是根据使用要求，来决定满足使用要求的各种数据，即决定光学系统的性能参数、外形尺寸和各光组的结构等。
因此我们可以把光学设计过程分为4个阶段：外形尺寸计算、初始结构的计算和选择、象差校正和平衡以及象质评价。
1)外形尺寸计算
在这个阶段里要设计拟定出光学系统原理图，确定基本光学特性，使其满足给定的技术要求，即确定放大率或焦距、线视场或角视场、数值孔径或相对孔径、共轭距、后工作距、光阑位置等。
一般都按理想光学系统的理论和计算公式进行外形尺寸计算。
在计算时一定要考虑机械结构和电气系统，以防止在机械结构上无法实现。
每项性能的确定一定要合理，过高要求会使设计结果复杂造成浪费，过低要求会使设计不符合要求，因此这一步骤必须慎重行事。
本实验已经基本确定外形尺寸，只需通过计算求出所有需要的外形尺寸参数。
2）初始结构的计算和选择
初始结构的确定常用以下两种方法：
1.根据初级象差理论求解初始结构
这种求解初始结构的方法就是根据外形尺寸计算得到的基本特性，利用初级象差理论求解满足成像质量要求的初始结构，即确定系统各光学零件的曲率半径、透镜厚度和间隔、玻璃折射率和色散等。
利用初级象差理论求解的初始结构，不仅对小孔径小视场的光学系统非常有效，就是对于比较复杂的光学系统也比任意选择的结构更容易接近所求的解，使设计容易获得成功。
这是因为在求解过程中，要对各种象差进行全面分析，对各种象差之间的关系有了全面了解，所以在象差校正时能够做到总体平衡，不至于陷入象差的局部性校正。
2.从已有的资料中选择初始结构
对于大视场和大孔径及结构复杂的光学系统，如广角物镜、大孔径照相物镜等，一般都从已有的技术资料和专利文献中选择其光学特性与所要求得相接近的结构作为初始结构。
这是一种比较实用又容易获得成功的方法。
因此它被广大光
学设计者广泛采用。
但要求设计者对光学设计理论有深刻了解，并有丰富得设计经验，只有这样才能从类型繁多的结构中挑选出简单而又合乎要求的初始结构。
初始结构的选择是透镜设计的基础，选型是否合适关系到以后设计是否成功。
一个不好的初始结构，再好的自动设计程序和有经验得设计者也无法设计获得成功。
这也是本实验的重中之重，两种方法均可选择，采用方法一可选择相关书籍（例如，电子工业出版社出版，张以谟主编的《应用光学》）学习如何以初级象差求取光学系统的初始结构。
采用方法二，可在相关光学设计手册（例如，北京理工大学出版社出版，李士贤、郑乐年编的《光学设计手册》）中查找合乎要求的初始结构。
3）象差校正和平衡
初始结构选好后，要在电子计算机上进行光路计算（本实验使用Zemax），或用象差自动校正程序进行象差自动校正。
然后根据计算结构画出象差曲线，分析象差找出原因，再反复进行象差校正和平衡，直到满足成像质量要求为止。
4）象质评价
在设计过程中可用轴外象差等特性曲线来预估光学系统的成象质量。
推荐相关参考书籍：
《实用光学设计方法与现代光学系统》张登臣郁道银机械工业出版社
《现代光学设计方法》袁旭沧南京理工大学
4 Zemax的基本使用
本实验中所涉及的一些Zemax的使用主要包括如下：
1）编辑镜头数据
打开Zemax软件后，可看到如图1界面，Lens Data Editor是镜头数据编辑器，镜头数据编辑器是一个主要的电子表格，将镜头的主要数据填入就形成了镜头数据。
这些数据包括系统中每一个面的曲率半径、厚度、玻璃材料、孔径尺寸。
单透镜由两个面组成 (前面和后面)，物平面和像平面各需要一个面，这些数据可以直接输入到电子表格中。
当镜头数据编辑器显示在显示屏时，可以将光标移至需要改动的地方并将所需的数值由键盘输入到电子表格中形成数据。
每一列代表具有不同特性的数据，每一行表示一个光学面(或一个光阑)。
在初始状态(除非镜头已给定) 通常显示三个面：即物面、孔径光阑面、像面。
（关于镜头各
项参数的Solves的使用，根据个人设计需要进行选择，通常使用V、P两种，若不设置则这项参数为固定值，详细用法参考相关书籍和教程。
本实验设计中的最后一个面(不含像面)的d值，即厚度的解的类型均设为Marginal Ray Height。
）
注意孔径光阑的设置
图1
2）编辑评价函数
选择Editors下拉菜单中Merit Function可打开评价函数编辑器如下图2。
评价函数编辑器用来定义、修改和检查系统的评价函数，评价函数用于按照各种边界条件(包括各种象差、焦距等)来优化光学系统。
例如我们要求有效焦距为100mm，则可在评价函数中利用名为EFFL操作数对焦距进行限定。
评价函数编辑器中操作数也是可以直接选中编辑或者增减。
根据需要按象差容限（象差公差）计算出各种象差的指标，并通过评价函数中的操作数实现对象差的限定。
比如本实验中，目镜承担校正轴外像差，物镜承担校正轴上像差。
评价函数的详细使用参考相关书籍和教程。
图2
3）设定系统参数
选定System下拉菜单中General选项，弹出如图3界面，在Aperture中有几种方式设定系统光圈（包括F#，NA，aperture等）。
本实验设计选择Aperture
的类型为Entrance Pupil Diameter（入瞳直径）。
图3
选定System下拉菜单中Field选项，弹出如图4界面，在此可设定不同的视场。
作为小视场光学系统，本实验设计要求在绘制相差曲线时至少要计算边缘光、带光和近轴光三条光线。
因此在设置视场时至少要设置三条光线。
注意三个设计各自对应的视场角。
图4
选定System下拉菜单中Field选项，弹出如图5的界面，在此可设定该系统通过的光的波长。
本实验望远镜系统在可见光范围内，因此选择（F，d，C）波长。
在此可直接选
择常用波段
图5
4）优化系统
选定tools->Optimization-> Optimization,弹出如图6界面，可按照编写好的评价函数和系统结构函数的变量进行优化。
图6
5）实验中所需要绘制的图形和有关像质的评价均在Analysis菜单中可实现。
5 设计报告
5.1 实验报告内容要求
每一项设计应按顺序包含下列数据：
●该设计的设计要求（焦距、入瞳直径、视场角、放大倍率、相对孔径等），
需计算的写出计算过程
●透镜Layout图
●每一设计结果透镜的结构参数、视场、孔径等光学特性参数；(可选提交办
法：用菜单：Reports->Prescription data->setting->不选surface detail、multi-config data、solves/variables、global vertex、element volume，保存为txt文本文件，编辑删除不必要的文字后，复制即可。
)
●像质指标图，包括光线像差(Ray aberration)、球差(Longitudinal
aberration)、场曲和畸变(Field curv/dist)、点列图(Spot diagram)。
对设计中相关问题和原理的分析解答统一写在报告最后。
5.2 提交文件要求：
1）《光学设计实验报告》打印版和电子版。
实验报告封面按附录1模板填写2） Zemax设计数据文件（后缀名为zmx的文件）
附录1
光学设计实验报告
——望远镜系统设计
姓名：张三
学号：08420520＊
班级：084205＊＊
同组人：李四王五＊＊＊＊＊＊。