单双望远物镜的设计说明
大相对孔径的望远物镜的设计
现在要校正六种像差，五个曲率已经不能满足要 求了，需将前面双胶合组的两种玻璃玻璃作为变 量，并继续加入玻璃的边界条件（保证得到的理 想玻璃能找到相近的实际玻璃来替代）。
得到优化后的玻璃参数之后，一般对应的理论玻 璃都不常见，我们设计要考虑实际应用时的因素， 因此可以用实际玻璃来代替理想玻璃，不仅要求 二者折射率阿贝数要接近，还要考虑它们的物理 化学性能，这里我们选择K9和ZF6。 K9： n=1.5，ν=64.1； ZF6： n=1.75，ν=28； 重新进行优化！！
' m 2 m ' m ' m ' FC 2 m
第二阶段像差校正
系统由双胶合组和一个单透镜构成的，单透镜是 无法校正色差和球差，因此系统像差就靠双胶合 组校正。 我们要减小高级像差，就希望单透镜产生的像差 越小越好。一般来说，相同条件下，玻璃的折射 率越高，球差越小；玻璃的色散越小，色差越小。 例如我们把单透镜的K9换作ZK1，同时规整边缘 厚度。重新校正。
我们看高级像差略有减小，但不明显，因此我们 把这个系统作为我们第二阶段像差自动校正的原 始系统。 第二阶段焦距，球差，正弦差和色差仍然加入校 正，只要保证初级像差达到校正的条件下考察高 级像差才有意义，同时可适当增加初级像差的权 因子，以表示初级的重要性。 此外还要加入高级球差和色球差（重点校正）， 高级彗差已达到要求无需加入校正，即权重为0。
Hale Waihona Puke 观察初级像差值由于场曲只和光焦度（焦距）相关，一般不参与 校正。
第一阶段像差校正
变量：该系统共有五个曲率可以作为自变量，要校 正焦距、球差、正弦差和色差完全可以了。 边界条件：由于透镜组的相对孔径增大，正透镜的 边缘厚度很可能在校正过程中变得太小，因此我们 在merit function中加入透镜的边界条件。 活动边缘厚度：为了保证边缘厚度能达到要求，可 将两个正透镜的厚度设为活动边缘厚度
星特朗 骑兵系列 单 双筒望远镜 用户手册说明书
骑兵系列|骑兵系列03|骑兵系列1星特朗骑兵系列 单/双筒望远镜感谢您购买星特朗单/双筒望远镜！为了使您达到更佳的观测体验，我们建议您根据本说明书对您的双筒望远镜进行调节。
由于产品的改进，您所购买的产品可能与说明书介绍不完全一致，此说明书可作为参考使用。
如有疑惑，请与我们联系。
目镜护盖眼罩目镜物镜护盖8x427x307x50物镜调焦环调焦轮模式按钮电源按钮电池仓计算刻度盘LCD液晶显示屏罗盘窗口罗盘窗口脚架接口屈光度调节环骑兵系列2|骑兵系列3|调节瞳距（IPD）瞳孔之间的距离，因人而异。
双筒望远镜必须调整到准确对准你的瞳孔，以得到一个单一的清晰像。
为调节瞳距，双手举起双筒到你的眼前，通过望远镜观察远处的一个目标。
调节双筒的两边，可能是更靠近，也可能是远离，直到你看到一个单一的清晰像（如图二）。
每次使用双筒望远镜时，请确认瞳距是否正确。
图二调节屈光度/聚焦型号：71420，71424，71426为确保获得一个清晰锐利的图像，双筒望远镜聚焦系统需要补偿双眼视度差，通过使用前设置右眼上的屈光度调节环完成。
具体步骤如下：1.通过双筒望远镜观测远处的一个目标。
2.用手或物镜盖盖住右边的物镜（注意不要碰到物镜，以免弄脏或弄伤）。
3.转动调焦轮，直到你左眼观测到清晰而锐利的图像。
4.用手或物镜盖盖住左边的物镜（注意不要碰到物镜，以免弄脏或弄伤）。
5.观测同一个目标，调节视度调节环，直到你右眼观测到清晰而锐利的图像。
6.现在，你的双筒望远镜已经按你的眼睛调节好了，只需要通过简单的调节调焦轮就可以聚焦到任意目标。
屈光度调节环调焦轮图三骑兵系列4|调节屈光度/聚焦型号：71422骑兵7x50两个目镜调焦是各自独立的，在使用前，调节两个目镜上的视度调节环。
一旦调焦到约100码处，从100码到无穷远的距离，双筒望远镜都无需额外的调节（距离小于100码可能需要调节）。
具体步骤如下：1.通过双筒望远镜观测100码或更远距离的目标。
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
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 −
单筒望远镜和双筒望远镜各有什么特点，我们该如何选用？
单筒望远镜和双筒望远镜各有什么特点，我们该如何选用？对于一个户外的人，军事人员，或一个野外狩猎人，对光学设备的需求，以帮助观察远距离是基本的。
虽然你可以很容易地选择一副高级单筒望远镜或一副现代双筒望远镜，但两者的知识都能给你带来很多好处。
在这篇关于单筒和双筒望远镜的文章中，我们将根据它们的异同来介绍这两种光学设备。
单筒望远镜和双筒望远镜: 你应该使用哪一个?单筒望远镜和双筒望远镜都是光学设备，可以用来观察目标物体、人以及远距离的人。
这两种设备的设计使其中一种的功能与另一种完全相同。
虽然两者之间的主要和可见的区别仍然是镜片的数量，但仍有一些差异。
从单筒望远镜和双筒望远镜的区别开始，我们将分别研究这两种设备。
1. 什么是单筒望远镜?理论上，单目镜是一种单透镜光学设备，可以帮助那些为了狩猎或射击需要看那么远的人实现远距离视力。
作为一种装置，单目镜的尺寸相对较小。
它重量轻，结构紧凑。
许多人常说单目望远镜是古代望远镜的一种更新颖的形式，至今仍有相同的用途。
夜视单目镜对于军事和监视人员来说是一个家喻户晓的名字，但在市场上却并不常见。
这款设备有各种尺寸、功率和价格。
2.什么是双筒望远镜?与单目镜不同的是，双目镜是一种像单目镜一样辅助视力的双透镜光学设备。
这个设备可以帮助你同时利用两只眼睛看远处的物体。
这些设备在个人使用中更为常见。
双筒望远镜有不同的类型和尺寸。
考虑到它对观光的重要性，当今世界上没有一家大型光学公司不生产高端双筒望远镜。
与单目镜一样，它们也被广泛应用于军事领域，但并不仅限于此。
其他人，尤其是户外冒险家，也会使用双筒望远镜进行活动。
单筒望远镜和双筒望远镜在结构和功能上有很多相似之处，但在很多方面又有不同之处。
如果你想做出明智的购买决定或使用任何一种望远镜，你需要了解单筒望远镜和双筒望远镜之间的区别。
3.单筒和双筒望远镜的主要组成和功能就结构部件而言，单筒望远镜和双筒望远镜在几个方面是相似的。
当谈到基本参数时，你也会发现两者在参数上也是相似的。
望远镜设计计算指导和双胶合物镜设计
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
光学课程设计-望远镜系统结构参数设计
03
望远镜系统的设计流程
确定设计目标
望远镜系统的功能需求
望远镜系统的性能指标
望远镜系统的成本预算
望远镜系统的设计周期
望远镜系统的设计团队 和分工
望远镜系统的设计评审 和验收标准
选择合适的镜片材型：增透膜、反 射膜、偏振膜等
考虑因素：折射率、色 散、反射率、透射率等
统
定期保养
清洁镜片：使用专业清洁 剂和软布擦拭镜片，避免 刮伤
检查螺丝：检查所有螺丝 是否松动，如有松动及时 拧紧
调整焦距：定期调整望远 镜的焦距，确保清晰度
更换电池：定期更换望远 镜的电池，确保望远镜的 正常运行
存放环境：将望远镜存放 在干燥、通风的环境中， 避免潮湿和灰尘影响望远 镜的性能
感谢观看
望远镜系统通过调整物镜和目镜的距离， 实现对焦和放大功能
望远镜系统还可以通过调整物镜和目镜 的角度，实现对焦和放大功能的优化
02
望远镜系统的主要参数
焦距
焦距的作用：决定望远镜的 放大倍数和成像质量
焦距的定义：望远镜系统中， 从物镜到目镜的距离
焦距的选择：根据观测目标、 观测距离和观测环境等因素
进行选择
汇报人：
环境保护
监测大气污染：观测大气中的污染物浓度和分布 监测水质污染：观测水体中的污染物浓度和分布 监测土壤污染：观测土壤中的污染物浓度和分布 监测生物多样性：观测生物多样性的变化和保护情况
远程教育
远程教学：通 过望远镜系统 进行远程教学， 实现教育资源
的共享
远程会议：通 过望远镜系统 进行远程会议， 提高沟通效率
镜片形状：球面、非球 面、柱面等
镜片数量：单镜片、双 镜片、多镜片等
镜片安装方式：固定、 可调、自动等
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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
学号： 1001030201
学生：
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。
在全球围，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、钧，高明编著，《光学设计》，2006，电子科技大学，
2、《光学仪器设计手册》，1971，国防科技，
3、光学设计软件ZEMAX。