望远镜试验设计报告1

1、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 2切=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

2、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 f100000)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。出射光瞳位丁目镜像方焦点之外， 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丁系

3、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L = f1f2lzf1因为f2= 25mm, T = 8乂，求解可得f1= 200mm,镜筒长度L . 200 25 22 = 247mm2）求物镜的通光口径 Di出瞳直径 D D，=4mm4mm，物镜的通光口径DDr = 32mm3）求物镜的视场角 2 必tan。 tan缶，2。= 25。，代入数据解得2 = 3.1744）求视场光阑直径 D2视场光阑直径 。2=2 九&门与= 2x200 xtan1.587 = 11.0847 mm.、 . 一- . . 5）镜目距

4、 lz。利用牛顿公式可求得镜目距 lz,lz =f2-4 = -一= 28 .125 mm-f16）目镜的口径 D2D2= D2lztan = 4 2 28.125 tan 12.5 = 16.47mm7）求目镜的视度调节,2x x = = -5-5 = = 3.1253.125 mmmm 100010008）望远镜的分辨率9）入瞳距 lz由丁入瞳位置与物镜重合，所以 lz=010） 入瞳直径 D由式= %，得 D D = = D DX X= = 4 4 X X 8 8 = = 32mm32mm11） 选取目镜和物镜的结构。由丁物镜的相对孔径D/f =1/6.25，焦距 f =200mm, 由

5、丁目镜的视场为 3 ,出瞳距22mm,由丁出瞳距和视场都不大，故选用凯涅 尔型式目镜。2、初始结构的计算和选择1 目镜的设计目镜的初始结构值序r&QV庙应RM1.516354,1nUO33.3211.501,616364.】-60.900.03-60.903.90I1.647533.9优化后的目镜参数SurfTypeRadiusThicknessQ13.HBSeir.i-Di amet rOBJST.anda.zdInfinityInfiniEyIn.fxnitJF5TOStandardInfinity23-G00DDC2.0000002SB.3O7C90VB.297111SK27,2

6、034183tandard-34.6ES23BVD.1744157.73329418.398912VU-EB1BESK107.779 ISOSStandard-1S.49022BV2.4911637SF4.110412tiSndad20 xii74diV10.13G994MS.IMAStandardInfinity-S.4129C9透镜的 Layout图SRTnIJ二E冲1 tOTAL隹就TH E&，54725 Mil肖 二H：:rni iFTnukRTTOli 1 riF 1光学特性参数Date : SAT JUN 25 2011GENERAL LENS DATA:Surfaces

7、Stop 系统光圈 ：Glass Catalogs Ray Aiming变迹：温度(C):压力(ATM) 有效的焦点长度 有效的焦点长度71入瞳直径=4:SCHOTT:Off均衡， 统一的,2.00000E+001:1.00000E+00024.99263 (24.99263 (因子=0.00000E+000系统温度和压力在空气中）在像空间）Back Focal Length统计轨迹：图像空间 F/# 离轴工作面 F/# : 工作面F/#Image Space NA 物空间 NA 光阑半径离轴像高： 近轴放大率： 入瞳直径：入瞳区域： 入瞳直径：入瞳直径区域 FieldType 最大视场 主光

8、波长 镜头单位 角度放大率： 像质指标图10.1258956.547286.2481576.2481576.2493320.079768592e-01025.54073204011.29665-70.58324:Angle in degrees12.50.58756180.3540873毫米图 1 光线像差:RTIX哭L L iff 1ELE3ICTMS ： R , 4跖中.5亥：P .二与官巧4火，rniiiotiRATTOM I TV 1图 2球差-SSQi D|iP.5PIIULR !UT#T-RT PJH *冲1IA. JieJH PIELD 12. IL. EDO DEF：EE2.i

9、 A*aELEI l&TK.: P iHSi-4HEI：PP i ts.-RU-寸L.Cpi JIICLMICili 1口 =1图 3 场曲和畸变JJFl：，志*1FIELD :L:rWERBM；EZNXMUyi-W-EE? RRET.G -E 111口33.KTMELK:HL心l:PP削IfHffCffli图 4 点列图FIELD r-LC TL-RF日 二卜LCpHJCLIPaTIfll i IL D= I物镜的优化函数Qptr *TmEfY?xTixgtLHaightViLut 血tKib1 EFFL23QO.O3333S1.000000IflO.mDBB79BB33E-0062

10、 EKES3 A 愤x-2ii.& fmcicn: SHS wave.fz2nt ZEL&iDid其，ringa c arz=耳BLKRtic default =ir thickness boundary ccnstrEixE.5BLKK口iiefailt: ylaEg：吓ic丘baundary mimEr谆比c 31W淞xndm fsr fitld L7 cm0.0000000.3357110.0000000/33332：t.isaiie8.EFW 篦 TWI.I3Q4S9 m40.3333220.0000000.：?1270.000000.33332：0.4S42：O.：3

11、GELESOIIO9OPDK40.1333000-000000L9H9EE0-0000000/3333300.90886-0.0451413J68KI10 OPDX10.0033000-0000000.3357110.0000000-2908B8-anisu?24.1S34S11 OPDXA d.oomo0-000000(L 佃 IS0-000000血O.S421-S.SS142E-0M0-28716812OMJKH.乙0-0000000.9419C50-0000000.2908S8土31.；?S45913 OPES3爪饷倾0-0000000.335111o.ooooooajgpgG0.290

12、888nils 覆 3Z4J2770CB QPES30.333330D.DDOOdft(L 倾 NO.QOOQOO3.33J30EQ364；-d.aimLDim15 cm30.33232!;0.0000000.000000d 皿顺0.290688O.3353；7U.34HCC优化后的物镜参数Surf:TypeC OTLSI LLkrRadiusThickneEHGlassS eir.i-Di ExeterOBJStandardInfinityInfinityInfinitySTOStandard-3S.7i44S11,000000K916.094C962StandEzd-44.8305332.

13、OOOOflO17_6710353Standard360.81S53SZB.DOOOOaK9If-tf4Standard-SS.772262.0000002 FlIL心SNsStftndBrd-103r393Bfi0m,冲 gMie, 0770IMAStand-ErdInfinity5.569781物镜的 Layout图2）物镜的设计系统参数名 fr光学性偏盛_a了、14尸F=1?孔旎。/mm 5LE 初始参数值flD12L51SIKKHTQ-3础IT*15I63M61-弛.M5.3l.SdFEfZfl，51C5.SJJD6U7LBlflBlKS)40FL1r.173U47Un$16HK奸39

14、-1.853.41.6?25ZF5)IX,皓1_.一 k -一 一： 一 -一一二二11 _i * _!411 _LHi叫LBflllT抒ff JIJII熊浏1丑的L LfWTHlIII泪IM醐IWWGUtffllM L OF t?ii onyfHTrrfr iOF I透镜的结构参数、视场、孔役等光学参数Date : SAT JUN 25 2011GENERAL LENS DATA:Surfaces:6Stop:1示统兀圈入统直彳 H - 32Glass Catalogs: SCHOTT CHINARay Aiming: Off变迹：均衡，统的，因子=0.00000E+000温度(C): 2.

15、00000E+001压力(ATM): 1.00000E+000有效的焦点长度：200.095 （系统温度和压力在空气中）有效的焦点长度：200.095 （在像空间）Back Focal Length :215.2103统计轨迹：258.2103图像空间 F/#:6.25297离轴工作面 F/# :6.25297工作面 F/#:6.256354Image Space NA:0.07970759物空间 NA:1.6e-009光阑半径：16离轴像高：5.55421近轴放大率：0入瞳宜径：32入瞳区域：0入瞳宜径：39.7719入瞳直径区域 ：-248.6925Field Type : Angle i

16、n degrees最大视场：1.59主光波长：0.5875618镜头单位：毫米角度放大率：0.8045881像质指标图图 5 光线像差F-UPILli- CPOO AR-050P-PPLDI IG ITLDH IRL日WEEBT工匚IRT Jun二E 2WIp. H$：c-O.-Eoq J - ZM?；r-OHPILTiriii iHF I图 6球差tAT AHI二F R11MR. .If ILIUI FIELJ XL耳Wp PEDFjEK.HR-ELEHGTK.：口危 A图 7场曲和畸变E： l-ET fFRT HW XLtLLPIFU，E曜wnc CPDPWE-: :TRUW.图 8 点列

17、图3）整个系统组合后优化参数的结果rTypeCanowntRadiusThicknasiGliaflffOBJSt andardInfinityInfinityInfinitySTOStandazxl-35.30Ma6Vn.oonaooK916.107922Sr.anard-39.741959V2.0000001- . : - Z. C 1 1321S.4700&Qv3.OQOaaoK916,0$460I4Standard-59.23B51V2.000000ZF117.7592G5tanda.rd-139.415349V225.33617217-3S91S26randa.zd-64.3

18、37231V2.491IS37SF46.79444C7K.S7938SV12.4S81SSSK108Standard-27,302724V0.17415S.B244079Standard22.05398V3.Z971S1SK29.Q140510Standard-23D.42e99SV27.152402eg_2535SO11f&EBJLL&la.ODoaoo2.159910IHASTiindAEdInfinity.1.80224&Layout图PIELD CL*：*if|TL*：ERH：叮土再inrKiKi K Kr rS St tT Tf fS S版um m心Idrdr四也.y.y一-IrIru-u-J JlrlrHEJHEJH HciciJCJC阵*二-=!-=!- - r r M4#M4#K Kg g点廿秘蜜足ffiwLLT T“_ _X X= =clclH HJ.J.a aH H-KiHKiHu u_ _ _ _ MTMT喜ardard品HLUJlHJHLUJlHJr rm m clMHrMoFLnclMHrMoFLn- -IfIfHr-rHr-r旦+岩u=lhr5:u=lhr5: 弗MM.1*出I8II-IL8cnmllu二目.LHOl.E,H H山口LLLLUJU