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。

光学设计报告

湖北第二师范学院《光学系统设计》题目：望远镜的设计姓名：刘琦学号:1050730017 班级：10应用物理学

目录望远系统设计............................................................................................... 第一部分：外形尺寸计算 .......................................................................... 第二部分：PW法求初始结构参数（双胶合物镜设计） ....................... 第三部分：目镜的设计 .............................................................................. 第四部分：像质评价 .................................................................................. 第五部分心得体会 ..................................................................................

望远镜设计第一部分：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 '4 o 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 30 3056 D 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） ''45o 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）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：

基于卡塞格林系统的望远物镜设计(ZEMAX)

工程光学课程设计报告班级：姓名：学号：成绩：指导教师：报告日期：

南通大学课程设计论文

目录摘要 (i) 第一章绪论 (1) 1.1课程设计题目 (1) 1.2 设计要求 (1) 第二章望远物镜的设计与相关参数 (2) 2.1 望远物镜的主要参数 (2) 2.2 望远物镜结构类型 (3) 2.3 物镜的光学特性 (5) 2.3 卡塞格林光学系统 (5) 2.4 ZEMAX中的像质评价方法 (6) 第三章设计与优化 (10) 3.1设计过程 (10) 3.2优化过程 (14) 第四章运用Solid works对镜片进行绘制 (19)

第五章新得与体会 (23) 主要参考文献 (24)

摘要由薄透镜组的初级像差理论入手，根据初级像差参量PW与透镜折射率n、孔径半径r、厚度d等关系，求出了满足初始设计的结构参数的透镜折射率n、孔径半径r、厚度d、形状系数Q、曲率p。用光学设计软件ZEMAX对所求的结构参数进行了优化。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。

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"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l z 决定。目前观察望远镜的出瞳直径D—般为4mm左右，出瞳距离l z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D电1 f目25 6 所以，望远物镜的相对孔径小于1/5。 1.2视场较小 I 望远镜的视放大率为tanW，目前常用目镜的视场2w'大多在70以下， tan w 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L m，轴向色差L FC和边缘孔径的正弦差SC m。而不校正X s，X p和y Z以及垂轴色差y Fc。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L m，L FC，SC m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。 2.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：视放大率：3.7 ；出瞳直径：4mm；出瞳距离：大于等于20mm；全视场角： 2w 10 ;物镜焦距：f物 = 85mm;棱镜折射率：n=1.5163（K9）;棱镜展开长：31mm；棱镜与物镜的距离40mm；孔径光阑为在物镜前35mm。为了保证补偿目镜的像差，要求物镜系统（包含双胶合物镜和棱镜）的像差为.5L m=0.1mm SC m 0.001 L FC0.05mm 要求：（1）计算棱镜的初级像差（2）双胶合物镜的初级像差求解（3）利用ZEMAX自动设计程序进行优化设计解答:

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。系统的视场光阑设在物镜的像平面处,入射窗和出射窗分别位于系统的物方和像方的无限远处 ,各与物平面和像平面合。三望远镜的分类广义上的望远镜不仅仅包括工作在可见光波段的光学望远镜,还包括射电,红外,紫外,X 射线,甚至γ 射线望远镜。我们探讨的只限于光学望远镜。 1609 年,伽利略创造出第一架望远镜,至今已有近四百年的历史,此间经历了重大的飞跃, 根据物镜的种类可以分为三种： 1,折射望远镜折射望远镜的物镜由透镜或者透镜组组成。早期物镜为单片结构,色差和球差严重,使得观看到的天体带有彩色的光斑。为了减少色差,人们拼命增大物镜的焦距,1673 年,J.Hevelius 创造了一架长达46米的望远镜,整个镜筒被吊装在一根30米高的桅杆上,需要多人用绳子拉着转

光学设计实验望远镜系统设计实验

光学设计实验报告——望远镜系统设计姓名：任定伟学号：B09010312 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1/4 4.前一块玻璃为BAK1,后一块玻璃为F2 5.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：

光学设计报告

光学设计课程报告班级：学号：姓名：日期：

目录一、双胶合望远物镜的设计 (02) 二、摄远物镜的设计 (12) 三、对称式目镜的设计与双胶合物镜的配合 (20) 四、艾尔弗目镜的设计 (30) 五、低倍消色差物镜的设计 (38) 六、无限筒长的高倍显微物镜的设计 (47) 七、双高斯照相物镜的设计 (52) 八、反摄远物镜的设计 (62) 九、课程总结 (70)

一、双胶合望远物镜的设计 1、设计指标：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：视放大率：3.7? ；出瞳直径：4mm ；出瞳距离：大于等于20mm ；全视场角： 210w =?；物镜焦距：' =85f mm 物；棱镜折射率：n=(K9)；棱镜展开长： 31mm ；棱镜与物镜的距离40mm ；孔径光阑为在物镜前35mm 。 2、初始结构计算 (1) 求 J h h z ，，根据光学特性的要求4.728 .142=== D h ： 44.75tan 85tan ''=?=?=οωf y 0871 .0''==f h u 648.0'''==y u n J (2)计算平行玻璃板的像差和数 C S S S I I I I ，，平行玻璃板入射光束的有关参数为 0871.0=u 0875.0)5tan(-=-=οz u 005 .1-=u u z 平行玻璃板本身的参数为 d=31mm ； n=； 1.64=ν 带入平行玻璃板的初级像差公式可得： 000665.01.51631-1.5163×0.0871×-3113 24 432-==--=I du n n S 0.0006682=(-1.005)×-0.000665=u u × =z I I I S S 000824.0087.05163.11.6415163.131122 22-=??-?-=--=I u n n d S C υ

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:

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5 1。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0 70以下，这就限制了物镜的视场不会很大，一般在0 12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。而棱镜中的反射面不产生像差，棱镜的像差等于展开以后的玻璃平板的像差，由于玻璃平板与它的位置无关，所以不论物镜光路中有几块棱镜，也不论它们之间的相对位置如何，只要

望远镜、显微镜组装与设计和zemax使用光学课程设计

长沙学院光学工程CAD设计课程设计说明书题目光学课程设计系(部) 电子与电气工程系专业(班级) 光电信息工程（2013级2班）姓名学号指导教师孙利平、周远、谭志光、刘莉起止日期2015.6.22—2013.6.25

长沙学院课程设计鉴定表

目录一、望远镜的设计与组装 (3) 1、项目设计目的 (3) 2、望远镜的基本原理 (3) 3、设计任务 (4) 设计与组装一个开普勒望远镜 (4) 设计与组装一个伽利略望远镜 (4) 设计和组装一个带正像系统的开普勒望远镜 (4) 4、数据记录 (4) （1）测得透镜焦距 (4) （2）开普勒望远镜的组装 (4) （3）开普勒望远镜特性参数测量 (4) 5、照片展示 (5) 6、可用器材 (5) 二、显微镜的设计与组装 (6) 1、项目设计目的 (6) 2、望远镜的基本原理 (6) 3、显微镜的设计及数据记录 (7) ①视放大率 (7) ②系统总长度不能大于光学平台的长度 (7) ③要给出设计值和实测值 (7) ④用手机拍一幅从目镜后拍出的微尺放大图 (7) 4、设计思路 (8) 5、可用器材 (8) 三、Zemax的光学设计 (8) 1、选定光学设计题目 (8) 2、学习zemax的使用 (8) 3、使用zemax软件设计光学器件 (10) ①设计单透镜 (10) ②设计牛顿望远镜 (12) ③设计施密特---卡塞格林系统 (14) 结束语 (16) 参考文献 (16)

一、望远镜的设计与组装 1、项目设计目的掌握望远镜的原理及特性，并在此基础上通过自组望远镜来提高学生的动手能力以进一步加深对望远系统的理解。 2、望远镜的基本原理存在两类最简单的望远镜，分别为开普勒望远镜的伽利略望远镜。开普勒望远镜是由一片长焦距的凸透镜作为物镜，用一短焦距的凸透镜作为目镜组合而成，如下图。远处的物经过物镜在其后焦面附近成一缩小的倒立实像，物镜的像方焦平面与目镜的物方焦平面重合，光学间距为0。在公共焦平面上可置分划板以测量像的尺寸和位置。平行光射入平行光射出。开普勒望远镜可观测到远处倒立的像。伽利略望远镜是由一片长焦距的凸透镜作为物镜，用一短焦距的凹透镜作为目镜组合而成，如下图。物镜的像方焦平面与目镜的物方焦平面重合，光学间距为0。平行光射入平行光射出。伽利略望远镜可观测到远处正立的像。两种望远镜的视放大率都可表示为：式中为物镜焦距，为目镜焦距，为入瞳口径，为出瞳口径。两种望远镜物镜均为正透镜，即，开普勒望远镜目镜为凸透镜，即，故开普勒望远镜的视放大率，即成倒像。伽利略望远镜目镜为凹透镜，即，故伽利略望远镜的视放大率，即成正像。

光学设计

现代光学设计作业

一、掌握采用常用评价指标评价光学系统成像质量的方法，对几何像差和垂轴像差进行分类和总结。常用指标评价光学系统成像质量的方法：用于在光学系统实际制造完成后对其进行实际测量：分辨力检测和星点检测星点检测：实际上每一个发光点物基元通过光学系统后，由于衍射和像差以及其他工艺瑕疵的影响，绝对地点对应点的成像是不存在的，因此卷记的结果是对原物强度分布起了平滑的作用，从而造成点物基元经系统成像后的失真，因此，采用点物基元描述成像的过程，其实是一个卷积成像过程，通过考察光学系统对一个点物基元的成像质量就可以了解和评价光学系统对任意物分布的成像质量，这就是星点检验的思想。分辨力检测：所谓分辨力就是光学系统成像时所能分辨的最小间隔，它是衡量图像细节表现力的技术参数。测量分辨力所获得的有关被测系统像质的信息量虽然不及星点检验多，发现像差和误差的灵敏度也不如星点检验高；但分辨力能确定的数值作为评价被测系统的像质综合性指标，并且不需要多少经验就能获得正确的分辨力值。用于设计阶段的像质评价指标主要有几何像差、垂轴像差、波象差、光学传递

函数、点阵图、点扩散函数、包围圆能量等。任何一个实际光学系统的实际成像总与理想成像存在差异，实际成像不可能绝对地清晰和没有变形，这种成像差异就是所谓的像差。下面对几何像差和垂轴像差进行分类和总结。几何像差主要分为两种：轴上点像差和轴外点像差。（1）轴上点的像差又分为：轴上点的球差和轴上点的色差。轴上点的球差：由物点A发出与光轴夹角相等为在同一锥面上的光线对经系统以后，其出射光线同样位在一个锥面上，锥面顶点就是这些光线的聚焦点，而且必然位在光轴

光学设计望远镜知识点

光学设计望远镜知识点望远镜是一种用于观察远处物体的光学仪器，它通过透镜或者反射镜的组合来聚集和放大光线。光学设计是指将透镜和反射镜的曲率、材料和间距等参数进行优化，以达到最佳的成像效果和观测性能。以下将介绍几个光学设计望远镜涉及的重要知识点和技术。 1. 望远镜光路的基本组成望远镜光路由目镜和物镜组成。物镜的主要作用是使光线在经过一个聚焦点后尽可能地准确地再次聚焦，从而形成清晰的像。目镜的作用是进一步放大这个像，使人能够观察到更多细节。光路的设计是望远镜设计的基础。 2. 球面像差和色差球面像差是由于透镜或者反射镜的曲率不合适而导致的成像不完美的问题。为了解决球面像差，可以使用非球面透镜或者增加镜片的数量。另一个常见的问题是色差，这是由于透镜材料对不同波长的光折射率不同而引起的。色差可以通过使用具有不同折射率的玻璃或者涂层来减轻。 3. 畸变和像场平直度畸变是指像中不同位置的物体放大率不同，造成成像不准确的问题。畸变可以分为柱面畸变和畸变畸变两种类型。像场平直度是指在整个视场范围内，像点的光轴是否足够平行。通常，设计师需要通过优化透镜和反射镜的曲率以减小畸变和提高像场平直度。

4. 换能器和增益换能器是将光信号转换为电信号的装置，通常使用光电倍增管或者光电二极管。增益是指光电信号在传输过程中的增加程度。一个好的望远镜光学设计不仅要考虑到成像质量，还要注意提高光电信号的增益，以最大程度地提高观测的灵敏度和分辨率。 5. 孔径和分辨率孔径是指望远镜物镜或者反射镜的直径。较大的孔径意味着能够收集更多的光线，因此能够提供更高的分辨率和更清晰的图像。分辨率是指望远镜能够分辨两个相距很近的物体的能力。分辨率与波长和孔径的关系密切，可以通过提高孔径或者缩短波长来提高分辨率。 6. 光学涂层光学涂层是一种在透镜或者反射镜表面添加的薄膜层，用于减少反射和增加透过率。不同的光学涂层可以用于不同的目的，如抑制残余光、减轻色差和降低反射率。合理的光学涂层设计可以大大提高望远镜的性能和可靠性。总结：光学设计望远镜需要考虑许多因素，如球面像差、色差、畸变、像场平直度、换能器和增益、孔径和分辨率以及光学涂层等。通过优化这些参数，设计师可以实现高质量的成像和观测性能。望远镜技术的不断发展和创新，为我们更好地认识和探索宇宙提供了强有力的工具。

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。

基于卡塞格林系统的望远物镜设计

基于卡塞格林系统的望远物镜设计在望远镜的设计中，物镜是非常重要的一个组成部分。物镜的设计好坏直接影响到望远镜的成像质量。而卡塞格林系统是一种常见且广泛应用的望远镜设计系统，由于它能够有效减少色差和减小像差，因此被广泛应用于天文望远镜的设计中。在进行望远物镜设计时，我们可以借助ZEMAX这个光学设计软件来进行仿真和优化。下面介绍一下基于卡塞格林系统的望远物镜设计的一般流程。 1.确定设计目标：首先，我们需要明确望远物镜的设计目标，例如视场角、放大倍数、像差控制要求等。这些目标将指导我们在后续的设计优化中进行权衡。 2.设定初始参数：根据设计目标，我们需要设定一些初始参数，例如物镜焦距、透镜数量、透镜曲率等。这些参数将作为优化的初始值，通过反复迭代进行微调和优化。 3.光学系统设置：在ZEMAX中，我们可以建立光学系统模型，添加透镜元件，并设置透镜的表面特性和材料属性。同时，还需要设定入射光源和接收面的位置和特性，以便进行成像仿真。 4.成像分析：通过ZEMAX提供的成像仿真功能，我们可以对光线经过透镜系统后的成像质量进行评估。这包括检查像差情况、确定像散和色差等指标，以及评估成像质量。 5.优化设计：根据实际仿真结果，我们可以通过调整透镜的参数和几何形状来优化设计。在ZEMAX中，可以通过参数化的方式对透镜的曲率、厚度等参数进行微调。通过多次迭代优化，逐步改善成像质量。

6.结果分析：优化设计完成后，我们需要重新进行光学仿真，并对结果进行分析。这包括观察成像质量是否满足设计要求，如视场平直度、成像质量等。同时，还要对颜色像差进行分析，确保色差控制得到满足。 7.性能评估：在设计完成后，我们可以通过ZEMAX提供的光学分析工具对望远物镜的性能进行评估。如成像分辨率、MTF曲线等。通过这些评估结果，我们可以确定设计的优劣，并进行必要的改进和调整。总结来说，基于卡塞格林系统的望远物镜设计是一个复杂而繁琐的过程。ZEMAX作为光学设计软件，提供了强大的工具和功能，可以帮助我们进行光学仿真、优化和结果分析。通过不断的迭代和优化，可以设计出满足要求的高质量望远物镜。

伽利略望远镜设计

伽利略望远镜设计报告 1. 总体设计要求及方法课题要求设计一个伽利略望远系统，要求：放大倍率为5X，筒长为250mm，物镜最大直径不大于25mm，接受器为人眼。伽利略望远镜是由正光焦度的物镜和负光焦度的目镜组成，其放大倍率大于1。光路图如下：图1 伽利略望远镜光路图为对光学系统进行迭代设计和优化，采用光学设计软件Zemax对望远镜的物镜、目镜分别进行建模和优化，以取代繁琐复杂的光路计算。之后再将二者组合建模，并对最后的成像质量进行详细的评价。 2. 光学系统设计 2.1 初步参数设计根据系统设计要求，镜筒长度250mm，而物镜到目镜的间距为：

视觉放大率要求为5x ，故有： l 应当略小于筒长，因此将l 设计为240mm ，计算得出物镜焦距f o ’为300mm ，目镜焦距f e 为60mm 。伽利略望远镜一般以人眼作为视场光阑，物镜框为视场光阑，同时为望远系统的入射窗。由于视场光阑不与物面重合，因此伽利略望远镜一般存在渐晕现象。出瞳应位于人眼观察处，为方便观察，设定出瞳距离目镜15mm 处，物镜的直径为25mm ，因此出瞳据物镜距离为：当视场为50%渐晕时，望远镜的视场角为：计算得出望远镜的视场角ω为2.8°，可见伽利略望远镜的视场非常小。 2.1 物镜设计 2.1.1 结构选择一般有三种结构形式：折射式、反射式和折返式。而一般军用光学仪器和计量仪器中使用的望远镜物镜为折射式物镜。单透镜的色差和球差都相当严重，现代望远镜一般都采用两块或多块透镜组成的镜组。其中又可分为双胶合物镜、双分离物镜、三分离物镜、摄远物镜，如下图所示。

图2 常见的物镜结构双胶合物镜是最简单和常用的望远物镜，由一个正透镜和一个负透镜胶合而成。双胶合物镜的优点为结构简单，制造和装配方便。通过选择材料以及弯曲镜面可以矫正透镜组的球差、彗差和轴向色差。 2.1.2 优化设计根据前面的计算，物镜焦距f o’设计为300mm，最大口径为25mm。目视光学系统，波段选取为可见光波段0.4μm-0.75μm，并将人眼敏感的绿光0.55μm设为主要计算波段，如下图所示：

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 = 1.6?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 = 0.60 f?12 = 233.33，d0 = 111.48 f?1= 140.50，f?2= -57.57，f?3 = 11.80 代入检验公式为：

() 2 22 212 2142f -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：另一方面，由D D Γ' =可知，为了提高测量精度，出瞳直径D ? = 1.3~1.5mm ，一般取D ? = 1.5mm ，则： D = -? D ? ? 24 ? 1.5 =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 ) =36-111.48?(36/140.50-2?tg0.8?) = 10.55mm 3、分划板直径及视距丝间隔 4、像方视场角 tg w ? = -? tg w = 24?tg0.8? = 0.33512499 所以像方视场角2w ?=37.05?。出瞳距因l z 1 = 0，所以l ?z 1 = 0， l z 2 = l ?z 1 -d0 = -111.48 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 = 154.87。由公式(1-6)计算得： ()()[] 211142 1 f -L l -L l L-l d '+''+'= = 128.77mm 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。

开普勒望远镜设计

开普勒望远镜设计摘要简述了望远镜的结构和作用，介绍了开普勒望远镜的具体结构和工作原理，根据提供的开普勒望远镜的主要参数设计出开普勒望远镜的外形尺寸。针对物镜和目镜给出了具体的参数设计。考虑到实际应用，增加了转像系统的设计。最终对光学系统进行了像质评价。关键词开普勒望远镜像差Matlab 光学设计一概述 1.1课程设计的目的（1）课程知识的综合运用：综合运用已经学过的理想光学系统理论、光束限制理论和像差理论，进行实际光学系统的外形尺寸计算，为光学设计打下良好基础。（2）促进协助和自学能力的提高：通过小组共同研究，促进学生团结协助精神的培养。同时培养学生查阅资料及自学能力。 1.2课程设计的容开普勒望远镜典型光学系统的外形尺寸计算与分析。根据要求画出系统光路图，标识系统结构、光束限制和成像典型光线。设计思路、分析步骤和设计过程齐全，设计合理，结果可靠。 1.3题意重述

开普勒望远镜是最简单的望远镜系统，已知数据，视觉放大率6Γ=-，视场角 26ω=，出瞳直径4D mm '=，机械筒长168L mm =；画出系统光路图，并计算开普勒望远镜的外形尺寸：（提示：目镜可选用凯涅尔型，其后工作距2F l '和焦距2f '有如下近似关系：220.35F l f ''≈；前工作距28.6F l mm =。）二开普勒望远镜的设计 2.1开普勒望远镜介绍望远镜是一种利用凹透镜和凸透镜观察远距离物体的目视光学器件，物体光线通过透镜经过折射和反射进入小孔并会聚成像，再经过一个放大目镜而被人眼看到。望远镜可以把物镜收集到的比瞳孔直径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。望远镜可以放大远处物体的角，能把远处的物体很小的角按一定倍率放大，使之在像空间具有较大的角，使本来无法用肉眼看清或分辨的物体变得清晰可辨。所以，望远镜是天文和地面观测不可或缺的工具。开普勒望远镜是开普勒在1611年发明的。其原理是:物镜、目镜都由凸透镜构成。由于两者之间有一个实像，可方便地安装分划板，作为视场光阑。但这种结构成像是倒立的，所以要在中间增加转像系统。转像系统分为两类：棱镜转像系统和透镜转像系统。我们常见的前宽后窄的典型双筒望远镜采用了双直角棱镜正像系统。这种系统的优点是在转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。透镜转像系统采用一组复杂的透镜将像倒转，

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