光学课程设计望远镜系统结构设计.docx
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：**专业：光信息科学与技术班级：光信息08级1班姓名：学号：********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。
光学课程设计--双筒棱镜望远镜设计
《光路设计》课程设计报告题目：双筒棱镜望远镜设计院（系）：信息科学与工程学院专业班级：光电1202班学生姓名：学号：***********指导教师：20 14 年 12 月 29 日至20 15 年 1 月 9 日目录设计任务与要求 (3)设计步骤 (4)一、外形尺寸计算 (4)二、光学系统选型 (6)三、物镜的设计 (7)1、用PW法计算双胶合物镜初始结构： (7)（1）求h，z h，J (7)（2）求平板像差 (7)（3）求物镜像差 (7)（４）计算Ｐ，Ｗ (8)（５）归一化处理 (8)（６）选玻璃 (8)（７）求形状系数Ｑ (9)（８）求归一化条件下透镜各面的曲率 (9)（９）求薄透镜各面的球面半径 (9)（１０）求厚透镜各面的球面半径 (9)2、物镜像差容限的计算 (10)3、物镜像差校正 (11)4、物镜像差曲线 (13)四、目镜的设计 (14)1、用PW法计算凯涅尔目镜初始结构 (14)（１）接目镜的相关参数计算 (14)（2）场镜的相关参数计算 (15)2、目镜像差容限的计算 (16)3、目镜像差校正 (17)4、目镜像差曲线 (20)五、光瞳衔接与像质评价 (20)1、光瞳衔接 (20)2、像质评价 (21)3、总体设计评价 (21)学习体会 (22)设计任务与要求设计题目：双筒棱镜望远镜设计设计技术要求：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设计步骤一、外形尺寸计算由入瞳直径30D mm =及相对孔径'1:4Df =，可得： 物镜焦距'14120f D mm =⨯=由6Γ=，知：出瞳直径'5DD mm ==Γ目镜焦距''12120206f f mm ===Γ 由物方视场2ω=8，可得：目镜通光口径'''312[()]222.084D D f f tg mm ω=++⨯= 分划板直径'21216.7824D f tg mm =ω=分划板半径28.39122D = 又由：'64tg tg tg ω=Γω=，可得：像方视场'245.5ω=该望远系统采用普罗I 型棱镜转像，普罗I 型棱镜如下图：将普罗I 型棱镜展开，等效为两块平板，如下图：普罗I 型棱镜由设计要求：视场边缘允许50%的渐晕，可利用分划板拦去透镜下部25%的光，利用平板拦去透镜上部的25%的光，这样仅有透镜中间的50%的光能通过望远系统，使像质较好。
望远镜系统设计
(四) 光学系统初始结构参数计算和消除像差方法 ................... 11 1. 望远镜像差设计PW法................................................. 11 2. 光学系统中的光栅...................................................... 13
应该增大。或者说望远镜的视放大率越大，它的精度就越高。
3. 主要参数的设计与计算
已知参数：1.物镜与目镜之间的距离 L=315mm；2.望远镜放大镜的倍数Г= 20 ；3.物方视 场角 2 320 ，计算步骤如下：
1) 物镜焦距 f物’与目镜焦距 f目’
L
f
’ 物
f目
根据透镜成像性质，望远镜系统应该是一个把无限远物体成像在无限远的光学系统。因此 仅采用一个透镜是不够的，它只能将无限远物体成像在像方焦平面上，必须再加上第二个透镜， 将其焦平面上的像作为第二个透镜的物，成像在无穷远处，达到望远的目的。一般把前面的透 镜称为物镜，后面的透镜称为目镜。当用在观测远物体时，物镜的像方焦点和目镜的物方焦点 重合，光学间隔Δ=0。这样平行光射入望远系统后，仍以平行光射出。
(二) 物镜组与目镜组的选取 ................................................. 6 1. 物镜组主要参数........................................................... 6 2. 目镜组主要参数........................................................... 9
光学设计实验望远镜系统设计实验
光学设计实验报告——望远镜系统设计**：***学号：B********班级：B090103目录一、ZEMAX仿真二、设计优化三、数据比较和优化后参数四、公差分析五、光学系统图六、设计心得体会一ZEMAX仿真一、本次设计要求如下：1.焦距为100mm；2.光源为无穷远处;3.像空间F/﹟=4，相对孔径1/44.前一块玻璃为BAK1,后一块玻璃为F25.全视场角为8度先打开ZEMAX软件，根据设计要求修改系统设定,包括系统孔径,镜头单位，视场，和波长。
望远镜物镜要求校正的像差主要是轴向色差、球差、慧差。
根据要求采用的是折射式望远双胶合型（1）修改系统设定。
首先，根据要求的设计参数计算物方孔径EPD。
提供的有效焦距efl为100mm，像空间F/﹟=4。
由公式，得物方孔径EPD约等于25。
在ZEMAX主菜单软件中，选择系统> 通用配置，在弹出的对话框中，选择图象空间F/#，数值选择4。
（2）视场设定。
在ZEMAX主菜单软件中，选择系统> 视场，在弹出的对话框中，视场类型选择角度，并输入三组视场数据，(0,8), (0, 2.8)和 (0,4)。
第三步，波长设定。
在ZEMAX主菜单软件中，选择系统> 波长，在弹出的对话框中，单击选择完成配置，然后单击确定。
系统配置完毕，即可在LDE中输入数据。
选择分析>草图>2D草图，将出现2D草图LAYOUT。
第二部分设计优化从2D草图可以看出，镜头的性能参数并非最优。
选择编辑——》优化函数，反复进行修改权重，直到mtf达到最优。
选择工具 > 优化 > 优化在弹出的窗口中执行最终优化当优化开始时，ZEMAX 首先更新系统的评价函数。
第四部分：数据比较与优化后参数优化后2D草图：第五部分公差分析在菜单栏中点开Tools（工具）选中Tolerancing点OK然后点Editors选中Tolerance Data Editor在页面上点开Tools选中Default Tolerances点OK输入参数进行公差分析后得点开Tools 选中Test Plate Fitting出现对话框选择Best to woest 点OK，第五部分光学系统图第六部分设计心得体会通过光学课程设计，我不但学到了一些以前不懂的知识，而且更进一步学会使用了ZEMAX 常用的光学设计软件，同时，也锻炼了我们在学习新软件的能力，这不但是对新知识的学习，更是对新事物学习和接受能力的锻炼，因此我对此次光电课程设计感触和收获颇深！刚开始，我们对设计的总体思路都没有一个大概的印象，刚得到题目时，我们到图书馆和上网查阅资料，看了以前上试验课时的PPT和一些资料，才对要使用的软件有了较深入的了解，然后对着以前的设计课题，慢慢的探索和练习。
【论文】望远镜系统的光学设计
摘要早在 18世纪的时候，人们出于对自然界的好奇无意间发明了结构非常简单的望远镜。
而科技飞速发展的今天，望远镜的创新也是层出不穷，并且望远镜也被应用到各个领域。
本论文设计了一个军用望远镜，其可以观测到一定范围内的物体，适用五百米内的军用装备细节观察,一千米内的战地地形观察。
首先介绍了像差理论和光学自动设计原理，确定并给出了望远镜的总体设计方案。
然后就望远镜目镜的光学性能选择了对称型目镜。
在确定目镜类型的基础上，运用初级像差理论进行了军用望远镜目镜的初始光学结构设计，并给出了对称型目镜的有关结构参数。
昀后，在ZEMAX环境下进行了初始结构的像质评价，并运用ZEMAX软件提供的优化功能对整个望远镜目镜的初始光学结构进行了优化，经过反复的调试和修改，得到的优化结果明显优于初始结构。
为了评价本设计的军用望远镜目镜的成像质量，在优化之后还依据设计提出的技术要求进行了像差、公差的分析。
关键词：军用望远镜目镜，光学设计，像质评价，像质分析，ZEMAX软件AbstractIn the 18th century, people invented accidentally the telescope with very simple structure when the y were out of the nature of the curious. Today, there are various kinds of telescopes with new technologies and are used in wide fields.In this paper, a military telescope is designed, which can be used to observe objects in a certain range. It will be applied to a military equipment to observe the details within a half of kilometer and the battlefield terrain within one kilometer. First, image quality theory and optical automatic design theory are introduced in deteil. Using the theories,the telescope of design program is advanced. Then by the optical properties of the telescope eyepiece，symmetrical eyepiece is selected. Based on the primary aberration theory, the initial optical structure design of a military telescope eyepiece is expressed, and the structural parameters of the symmetrical eyepiece are displayed in a table i n order to determine the type of the eyepiece. Finally, the eyepiece is evaluated with ZEMAX software by image quality theorems. Using the optimization function in ZEMAX software environment, the initial optical structure of telescope eyepiece is optimized. The debugging is repeated after modification. The obtained optimal results are better than the initial structure. In order to evaluate the image quality of military telescope eyepiece, the aberration tolerance analysis is carried based on the technical requirements for the optimization of the design.Keywords：Military telescope eyepiece, optical design, image quality evaluation, the image analysis, ZEMAX software目录第一章绪论 (1)1.1望远镜的分类及演变 (1)1.1.1 折射式望远镜 (1)1.1.2 反射式望远镜 (2)1.2望远镜的光学特性 (4)1.2.1 望远镜的原理 (5)1.2.2 望远镜的目镜 (6)1.2.3正像望远镜中的转像系统和场镜 (8)1.3本论文的主要内容......................................................................................... 8第二章光学设计理论和像差理论 (9)2.1光学设计的概念 (9)2.1.1 光学设计方法 (10)2.1.2 光学系统总体设计和布局 (10)2.1.3 光组设计 (11)2.2像质评价和像差理论 (13)2.2.1 像质评价 (13)2.2.1 像差概念和理论 (14)2.3望远镜设计的总体方案 (17)2.3.1 设计方案介绍 (18)2.3.2 初始光学结构设计............................................................................................. 18 第三章望远镜的光学结构设计. (20)3.1望远镜光学性能的确定 (20)3.1.1 望远镜对光学性能的要求 (20)3.2望远镜光组的设计 (21)3.2.1 目镜的选型 (21)3.2.2 物镜的选型 (26)3.2.3 分划板的计算 (26)3.2.4 转像系统的选择 (26)3.3望远镜设计总结............................................................................................ 27第四章望远镜目镜的光学结构优化 (29)4.1在ZEMAX环境下建立镜头文件 (29)4.1.1 属性输入 (29)4.1.2 对称目镜面参数的输入 (30)4.2初始结构的像质评价 (31)4.2.1 球差曲线 (32)4.2.2轴外细长光线像差性曲线 (33)4.2.3 像差特性曲线 (35)4.2.4 点列图(Spot Diagram) (37)4.3望远镜目镜的优化 (37)4.3.1 确定优化变量 (38)4.3.2 设定评价函数 (38)4.3.3 优化 (38)4.3.4 优化结果 (39)4.4望远镜目镜像差的公差分析...................................................................... 43第五章总结......................................................................................................... 45参考文献............................................................................................................... 46致谢..................................................................................................................... 48声明 (49)第一章绪论望远镜是众多光学仪器中发展昀为久远的,本章就望远镜结构分类,简要的原理,发展历史进行一些系统介绍。
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。
利用光学原理构建简易望远镜设计
望远镜的使用方法： 调整焦距，对准目 标，保持稳定
望远镜的维护方法： 定期清洁镜片，避 免潮湿和灰尘，轻 拿轻放
望远镜的存放：放 置在干燥通风处， 避免阳光直射
望远镜的故障处理： 如有故障，及时联 系专业人士进行维 修
简易望远镜的性能 测试与评估
测试目的：评估望远镜的分辨 能力
测试方法：使用标准分辨率测 试卡
尺寸设计：根据 观测需求，确定 镜筒长度和直径
固定方式：采用螺 纹、卡扣等方式， 保证镜筒的稳定性 和可调节性
作用：调整望远镜的焦距，使图像 清晰
工作原理：通过旋转调焦旋钮，带 动调焦齿轮转动，从而调整调焦筒 的长度，实现焦距的调整
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结构：包括调焦筒、调焦旋钮、调 焦齿轮等
材料准备：透镜、镜筒、支架等 工具准备：螺丝刀、钳子、胶水等 场地准备：宽敞、明亮、通风良好的环境 安全准备：佩戴防护眼镜、手套等安全设备
透镜的安装： 选择合适的透 镜，安装在镜 筒的一端，确 保透镜与镜筒
紧密贴合。
反射镜的安装： 选择合适的反 射镜，安装在 镜筒的另一端， 确保反射镜与 镜筒紧密贴合。
原理：利用光的折射现象，使远处的物体在近处成像 结构：由物镜、目镜和筒身组成 优点：结构简单，成像清晰，易于操作 缺点：体积较大，携带不便，色散现象明显
原理：利用光的反射和折射原理，使光线汇聚到焦点 结构：由两个反射镜和一个折射镜组成，反射镜位于折射镜的两侧 优点：结构紧凑，成像质量高，适合观测天体 应用：广泛应用于天文观测和科研领域
亮度测试：测量望远 镜在不同环境下的亮 度，以评估其观测效 果和适用范围
测试方法：使用专 业仪器进行测试， 确保数据的准确性 和可靠性
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
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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
光学课程设计望远镜系统结构参数设计说明
——望远镜系统结构参数设计设计背景：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……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,主要考虑像质或者相差；〔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者原理设计。
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者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采集到的比瞳孔直径〔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．望远镜的普通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。
作为普通的研究,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。
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。
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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:、设计题目：光学课程设计设计目的：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PV法基本原理。
二、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，- 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。
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。
伽利略望远镜的优点是结构紧凑，筒长较短，较为轻便，光能损失少，并且使物体呈正立的像，这是作为普通观察仪器所必需的。
其原理图如下：物镜组目镜组伽利略望远镜示意图为了更好的了解望远镜，下面介绍放大镜的各种放大率：望远镜垂轴放大率：代表共轭面像高和物高之比。
计算公式如下望远镜角放大率：望远镜共轭面的轴上点发出的光线通过系统后,与光轴夹角的正切之比。
计算公式如下:望远镜轴向放大率：当物平面沿着光轴移动微小距离dx时，像平面相应地移动距离dx'.比例dx'/dx 就是轴向放大率。
计算公式如下:对于目视光学一起来说， 更有意义的特性是它的视放大率， 视放大率就是同一目标用望远镜观察时的视角和人眼直接观察时二者正切之比。
望远镜是扩大人眼对远距离目标观察的视觉能力，它必须起到扩大视角的作用。
望远镜视放大率'为I Itan ⑷ f ir = -------- =―—；—tan ■ f 2由望远镜视放大率公式可见， 放大率仅仅取决于望远镜结构参数， 其值等于物镜和目镜的焦距之比。
确定望远镜视放大率，需要考虑许多因素，如仪器精度要求，目镜结构形式， 望远镜的视场角，仪器结构尺寸等等。
表示观测仪器精度的指标是极限分辨角。
若以60''作为人眼的分辨极限，为使望远镜所能分辨的细节也能被人眼分辨，则望远镜的视放大率和它的极限分辨角G 应满足农-=60”所以，若要求分辨角减小，视放大率应该增大。
或者说望远镜视放大率越大，它的分辨 角即精度越高，人眼极限分辨角为:-=1.22，/D我们可以通过一些简单的数据来确定望远镜的结构参数，例如已知物镜与目镜之间的距0 '离L=315mm ，望远镜放大倍数-=20 ，物方视场角 2 ' = 3 20求解得到一系列望远镜结构 参数：1.目镜视场角：由得 ；=30°20‘,2 • = 60°40‘60'' 60'' 2. 望远镜分辨率：：• =2°-=3''r 203. 入瞳直径D:根据视放大率得 D =2.3- = 46mm4.出瞳直径 D': D' = D= 2.3mmf'< f'2=315-匸=20f'25.物镜焦距与目镜焦距：由得f 300mmf'2 二15mm(4)7.垂轴放大率:y n'l(1)8.轴向放大率:(2)9.角放大率:(3)10.望远镜系统视放大率：丨=^tg一 =tg ①f物 _f'目 一然后设计一个开普勒式望远镜，其主要要求如下:1.物镜与目镜之间的距离 L=315mm ，2.望远镜的视放大倍数I =20 ，6.视场光阑直径 D 视：D 视=2f tg • = 17.15mm目镜口径 D 目：D 目^D' 2l z 'tg ，'=20.63mm望远镜的视放大率和仪器的结构尺寸有关系,当目镜的焦距确定时，物镜的焦距随视放大率增大而增加。
若望远镜筒长以L =花+ f 2表示，则随f 1的增大镜筒变长。
当目镜所要求的出瞳直径确定时，物镜的直径随视放大率的增大而加大。
四、设计内容（一）望远镜外形尺寸设计首先介绍一下目视光学系统中一些机构及放大率的表达式:2. 渐晕光阑：限制轴外成像光束的宽度。
3. 入射光瞳：孔径光阑经它前面的光学系统在物空间所成的像。
4. 出射光瞳：孔径光阑经它后面的光学系统在像空间所成的像。
5. 入射窗：视场光阑经它前面的光学系统在所成的像。
6. 出射窗：视场光阑被其后面的光学系统在所成的像。
9. 目镜视度调节量x :设调节■ 5屈光度，则：x」f^1.125mm10007. 出瞳距离l z ': l z '二f 2' - - L = 15.75mm1r8. 1.视场光阑：限制物空间多大范围能被成像般设在实象平面或中间实象平面上。
3.物方视场角2 =3 20'。
首先确定设计需要的参数，主要有：目镜视场角，望远镜分辨率，入瞳直径，出瞳直径，物镜与目镜的焦距，视场光阑直径，目镜口径，出瞳距离和目镜视度调节量。
观场光闌DO开普勒(Kepler Telescope )望远镜光路示意图 计算中可以用到的公式如下: 1.如果要求仪器的视角分辨率和衍射分辨率相等，则:2.视放大率:则可以计算出开普勒望远镜的一些主要参数，如下:1.目镜视场角:由 tg 」" tg ，得 ，30.20 ,2 = 60.402.望远镜分辨率:3.入瞳直径D:根据视放大率得DIA60''140''D'1 _ tg ' tg ■3.望远镜分辨率：?60''60'' 60''r 20= 3''孔徑光阑4.出瞳直径D':DD'2.3mmr5.物镜焦距与目镜焦距：6.视场光阑直径D 视D 视=2fltg = 17.45mm7.出瞳距离l z ':8.目镜口径D 目:。
目=D' 21 z 'tg ■' = 20.63mm9.目镜视度调节量x ：由以上的参数我们就可以设计一个简单的望远镜，由光路图我们还可以看出开普勒望良。
但这种结构成像是倒立的，所以要在中间增加转像系统。
(二) 物镜组的选取 一.望远镜物镜只需对轴上点校正色差， 球差和对近轴点校正彗差，轴外像差可以不予考虑。
其结构相对比较简单，一般有以下几种型式： 1折射式望远镜物镜这类物镜又包括双胶物镜、双分离物镜、双单和单双物镜、三分离物镜、摄远物镜、内 调焦望远镜物镜 2 反射式望远镜物镜。
3折射式望远镜物镜二•对折射式望远镜物镜中双胶物镜和双分离物镜进行各自特点比较：(1)双胶物镜 在玻璃选择得当时，能同时校正色差、球差和彗差，是可能满足像质 要求的最简单形式，但胶合而上的高级球差使相对孔径受到限制，且当用普通玻璃时二级光谱为常量，色球差也无法控制，因而不能获得高的像质。
该型式的优点是结构简单工艺方便，f'1 f'2 =315 由fl—20 f'2得 f 1=300mm f'2 = 15mml z' =f 2^ -L = 15.75mm设调节'5屈光度，则:Nf 2'2 =1.125mm1000远镜由两个凸透镜构成。
由于两者之间有一个实像，可方便的安装分划板，并且各种性能优光能损失也小，宜于在焦距不长，相对孔径不大的场合使用。
(2)双分离物镜当口径大于50-60mm是宜采用双分离物镜这种物镜在玻璃选的恰当时初能校正好色差、球差和彗差外还能利用灵敏的空气间隙的少量变化来校正球差，因此可达到相当大的孔径。
但色球差和二级光谱也不能校正。
(3)内调焦望远镜物镜单组型式的物镜对非无穷远物体进行调焦时会增加镜筒长度，相应的望远镜称为外调焦望远镜。
内调焦望远镜是指在物镜之后一定距离处家一负透镜组而成的符合系统，如下图所示。
这种物镜在对不同远处物体成像时，总可以利用改变负镜组的位置而使像位于同一位置上。
此负镜组称为内调焦镜。
计算内调焦望远镜参数时，可以根据给定的物镜焦距 f '物镜长度L和准距条件即联立求解出二镜组的焦距及其间隔。
当物镜对有限远物体物体调焦时，易于按照现成规律导出内调焦镜的移动距离。
视阑现代大地测量仪器中几乎全部用内调焦望远镜。
这是由于它具有可以达到简化视距测量、缩短镜筒长度、改善密封性能风一系列优点。
这对经常需要在野外作业的测量仪器来说是非常重要的。
下面我将对两种比较简单的物镜组进行一定的介绍，它们是双胶合物镜和双分离物镜：1.双胶合物镜是一种常用的望远物镜，它结构简单、光能损失小，合理的选择玻璃和弯曲能校正球差、慧差和色差，但不能消除像散、场曲和畸变，故视场不大，一般不超过10o，二级光谱与色球差也不能校正。
一般在焦距不长、相对孔径不大的系统中采用。
2.双分离物镜的正负透镜用一空气隙隔开，弯曲较双胶物镜自由，能减少中间带球差，加大相对孔径匚〜1，视场角达12o，色球差不能校正，二级光谱由于透镜分离而略有£5 3丿增大。
它和双胶物镜比较有如下优缺点：（1）适用于直径加大的情况，双胶合物镜因受胶层力及脱胶的影响，直径不能超过100mm而双分离物镜没有这种限制；（2）光能损失比双胶物镜大些；（3）双分离物镜装配对中困难，使用中也容易丧失共轴性。
三、内调焦望远物镜内调焦望远物镜是指在物镜之后一定距离处加一负透镜组而成的复合系统。
负镜组称为内调焦镜。
计算内调焦望远镜的参数时，可根据给定的物镜距离f',物镜长度L 和准距条件即：6 f'AL-2d - =0 （8）6 +f'A联立求解出二镜组的焦距及其间隔。